纤维缠绕张力微机控制系统..docxVIP

第25卷第10期武汉理工大学学报Vol. 25 No. #2003 年 10 月JOURNAL OFWUHAN UNIVERSITY OFTECHNOLOG5Oct. 2003纤维缠绕张力微机控制系统徐东亮，吴耀楚，刘雪红，田会方(武汉理工大学机电学院，武汉430070)摘要：介绍了纤维缠绕张力微机系统的控制原理及硬件、软件的设计方法。该系统采用静摩擦施力方式给行进中的 缠绕纤维施加和调整张力，在对纤维损伤较小的情况下，实现了缠绕纤维的高张力高精度微机控制。关键词：纤维缠绕i张力i微机控制中图分类号：TP 3#文献标识码：A文章编号：1671-4431(2003)10-0071-03纤维缠绕（FW)张力是影响纤维缠绕玻璃钢/复合材料制品，特别是高性能制品质量的重要因素。对缠 绕过程中各缠绕层纤维张力进行准确控制是实现FW制品承载前具有所要求的预应力分布和预应力水平的 有效办法a。目前国内缠绕机一般采用机械式张力控制器，通过机械连接反馈，控制精度较低；国外有电子式 张力控制器，应用张力不变时，纱团阻力矩与纱团半径成反比的原理实现张力控制。这类张力系统采用在纱 团轴上施加阻力矩来调整纤维的张力，施加大张力时容易造成勒纱现象，对纤维损伤较大，只能用于张力不 太大的场合；其张力检测与实际张力甚至相差上十倍。一般要求纤维缠绕制品按张力逐层递减制度控制张 力，这类张力器不易在生产过程调节，或准确调整其设定张力。因而，对于要求大张力和高精度张力控制的 FW制品生产，这类张力控制方法无法满足使用要求[2]。为实现FW过程纤维的宽范围、低损伤大张力的高自动化控制，介绍一种先进的F W张力微机控制系统 (MCTS )。该系统可对FW过程中的纤维张力按一定的设定曲线进行控制。同时具有缠绕层自动跟踪（对微 机控制缠绕机）、用户级张力传感器标定、断纱报警、控制张力自动记录和控制结果处理等功能。实际应用表 明：该系统运行稳定可靠、控制性能优良，在民用高性能FW制品的生产领域具有广泛的应用前景。1 FW张力自动控制系统原理控制系统主要由张力检测机构、计算机和张力施加机构3大部分组成。其原理如图1所示，张力辊与电 机直联，纤维纱束在张力辊处绕张力辊一圈，以产生足够的静摩擦力。系统闭环控制过程如下：电机对张力 辊施加阻力矩，使纤维产生一定的张力。纤维张力通过传感辊作用于传感器产生电信号。与传感器相连的变 送器将该信号变送成标准信号，并传送给计算机的A/D模块，从而测得当前缠绕纤维的实际张力。由微机对 所测张力进行记录、比较和PID处理，然后送出控制数字信号。控制数字信号经D/A转换，控制驱动模块驱 动电机，对张力辊的阻力矩进行调整，实现纤维张力的控制。该系统采用静摩擦力（纤维与张力辊间无相对 滑动）间接施力方式对行进中的纤维张力进行施加与调整，因而对纤维的损伤较小，可对纤维进行大张力控 制（最高可达纤维强度的55%)。此外，采用微机作为控制处理核心系统，使张力的测量、控制精度及记录处 理都达到用户提出的性能要求。2张力施加方法2.1低损伤张力施加原理缠绕纤维的张力施加原理如图2所示。浸胶纤维由A端进入，经过张力辊，并在张力辊上绕一圈后，从B 收稿日期：2003-05-30.基金项目：军工专项项目（430711).作者简介：徐东亮（19 70-)，男，讲师.E-mail: xdongl@mail. w[\t. edu. ?导纱辕PID及其 它处理导纱棍傲机单元变送器传感辊导纱辊导纱辊丝嘴芯模纤维图1张力施加原理图图2张力施加原理图图3软件框架图端抽出。在张力辊两端各设立了一个限位导 纱辊，以防止张力辊进端纤维压住出端纤 维，使进出段纤维产生相互摩檫，造成搭纱、 甚至断纱现象。假设A端纤维初张力为）， B端纤维张力为），纤维与张力辊间不产生 相对滑动，则调整施加于张力辊上的力矩 M，可使B处张力得到相应调整。由于采用 静摩擦力方式施加张力，因而对纤维的损伤 很小，进行大张力控制时不会对纤维性能产 生太大的影响。通过调整张力辊的阻力矩即 可调整纤维张力，从而使张力调整较为容 易。2.2张力施加方案的使用条件及应用方程 该方案的正常使用前提条件是纤维与 张力辊间不产生相对滑动。根据柔韧体摩擦 的欧拉方程(1)式中，分别为纤维A、B处张力，3为纤 维与张力辊间的最大静摩擦系数。由此可确 定纤维与张力辊间不产生相对滑动的条件 为），6)e223(2)在式（2)的条件下，A端张力、B端张力和张 力辊的阻力矩-间满足力学平衡关系式)b-7 0 8 ? d;/d= )a7 —(3)式中，8为张力辊的转动惯量，7为张力辊半开始软硬件初始化读键盘、控制面 板及当前缠绕层读取张力值求与当前设 定值的偏差停各电机 记录结果终止控制？停各电机异常处理图4控制软件程序框图径，；为张力辊