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1、46纤维缠绕张力控制系统新技术研究2008年5月纤维缠绕张力控制系统新技术研究李明华,文立伟,肖军,张建宝(南京航空航天大学,南京210016)摘要:在张力控制系统硬件构成和软件总体结构的基础上,重点研究控制软件中数据采集与处理模块中的相关技术,包括多线程技术、多媒体定时器技术、双缓冲区技术等。这些技术的成功应用,不仅提高了张力控制系统的实时性、稳定性以及精确性,同时改善了实时数据存储及其动态曲线显示。关键词:数据采集与处理;多线程;多媒体定时器;PMAC中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1003-0999(2008)03-
2、0046-041前言CPU结构。系统由开卷部分、控制部分(包括控制器和执行元件)、检测部分(或张力采集部分)及其纤维缠绕是当前树脂基复合材料成型的最主要它辅助装置组成,其结构如图1所示。其中,采用摆工艺手段之一,而缠绕张力是纤维缠绕工艺中重要[1~4]杆式张力传感器实时检测纤维张力,直流力矩电机的控制参数,直接影响到缠绕制品的质量。因[6~8]此张力控制系统是数控缠绕机的必备的辅助设备。作为执行元件。实时纤维张力值由PMAC进行文献[5]指出,张力控制系统的性能很大程度上取采集并以ISA总线通讯方式传递给上位机,在上位机中完成与张力设定值的比
3、较,并进行相关的控制决于应用软件的应用与开发。为了实时、准确地获运算后,运算结果再次以通讯方式返回PMAC,由得张力数据,了解纱线张力变化,并根据张力控制效PMAC调整其控制端输出电压,PMAC输出电压经果组织缠绕工艺,保证缠绕制品质量,迫切需要研制出适合自身的纤维缠绕张力控制系统。过力矩电机驱动器功率放大后去修正力矩电机的输在大多数张力控制系统软件中,通常使用Win出力矩,实现对纤维张力的实时控制。dows定时器来完成张力数据的采集与处理工作。但是Windows定时器是通过向CPU发送WM_TIMER消息来实现一定精度的定时,且其优先级别非
4、常低,使得定时消息得不到及时响应,严重影响了张力控制系统的实时性和可靠性。因此,在精密张力控制系统中,提高实时性、可靠性是系统软件的迫切要求,但是Windows并不是实时操作系统,它是基于消息驱动机制,不能提供足够的实时处理功能,因而在图1张力控制系统结构Windows环境下开发张力控制系统需要采用一些技Fig.1Configurationofthetensioncontrolsystem术,如多媒体定时器、多线程等。3张力控制系统软件主要功能的实现本文在VC++开发环境下,研究建立PMAC与为了使张力控制系统软件易于维护、具有可重上位机之间
5、通讯的方法,并结合多线程技术和多媒构性和可扩充性,采用VC++编制,按照模块化设计体定时器技术,设计出实时张力采集与数据存储、处思想设计,实现系统多任务的要求,软件主要结构如理系统,有效地解决了在高速、长时间张力采集控制图2所示。它主要由初始化模块、数据采集与处理过程中系统的实时性和可靠性问题。模块、系统调试模块、文件操作模块组成,其中数据2张力控制系统硬件构成采集与处理模块是本系统软件的关键部分。在该模本系统采用PMAC(ProgrammableMultiAxis块的设计过程中,利用多媒体定时器、多线程技术以Controller)作为下位机
6、,工控机作为上位机的并行双提高系统的实时性和可靠性;利用双缓冲区存储技收稿日期:20070809作者简介:李明华(1983),男,硕士,主要研究方向为复合材料成型自动化。FRP/CM2008No32008年第3期玻璃钢/复合材料47术提高存储数据的效率;利用双重缓冲技术解决但它在多任务操作系统中的优先级很低,致使其定实时数据动态显示时的屏幕闪烁现象。时精度有限,只能进行简单的时间控制,不能满足本系统对定时器定时精度的要求。测试结果如表1所示(定时精度为60ms)。表1普通定时器定时精度测试Table1Precisiontestfo
7、rnormaltimer采集时间/ms采集次数平均每次采集时间间隔/ms6154798462.54776601656962562.50971对于控制精度要求较高的张力控制系统,必须图2纤维缠绕张力控制系统软件结构考虑用更高精度的定时器来取代。Windows的多媒Fig.2Softwareconfigurationofthetensioncontrol体定时器最小时间分辨率理论上可以达到1ms,完systemforfilamentwinding全可以满足张力控制系统的实时性要求。采集时间31上下位机通讯的建立以及采集方式的选择的精确度对本
8、系统软件至关重要,因此必须对多媒在张力控制系统中,上位机与PMAC之间建立体定时器的定时精度进行验证测试,确保数据采集起通讯是在上位机中
