纤维缠绕张力微机控制系统

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1、第25卷第10期徐东亮，等：纤维缠绕张力微机控制系统73第25卷第10期武汉理工大学学报Vol.25No.#2003年10月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOG5Oct.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

2、i张力i微机控制中图分类号：TP3#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

3、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FW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

4、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。1FW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

5、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

6、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（1970-)，男，讲师.E-mail:xdongl@mail.w[t.edu.?第25卷第10期徐东亮，等：纤维缠绕张力微机控制系统73第25卷第10期徐东亮，等：纤维缠绕张力微机控制系统73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

7、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

8、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-708•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