毕业设计（论文）-8通道纤维铺放张力控制系统设计

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1、摘要纤维与树脂复合材料的强度与重量比明显优于金属，其产品同时具有机构性能可设计及耐腐蚀等优点，因此在航天、国防和民用工业中正发挥越来越重要的作用。张力控制是纤维和树脂复合材料生产工艺中极其重要的技术环节，生产过程中能否获得稳定可控的张力是纤维材料制品是否高强可靠的关键所在。我国现有的纤维铺放机中所是使用的张力控制仪的控制精度和张力可调节性能都比较低，为此，本文进行了8通道纤维铺放张力控制系统的方案设计。通过分析张力控制的特点和要求，本文研究设计了金属应变式张力传感器，包括金属应变效应介绍、应变信号调理转换电路设计，张力传感器的结构特点分

2、析和结构参数设计。同时还研究了张力控制执行机构——直流力矩电机和工作特性和控制器的设计等方面的内容。文中同时涵盖数据采集和处理，增量式数字PID控制方法的内容并给出张力控制系统方案设计的系统框图以及张力控制部分的相关电路图设计。关键词：张力控制仪，张力传感器，直流力矩电机，PID控制2ABSTRACTDuetothebetterstrength-weightratiocomparedwiththatofmetal,andbecauseithasadvantageslikeerosionendurance,thetowandresin-c

3、ompoundmaterialsarebecomingmoreimportantinspaceflight,tensioncontrolisthecrucialtechniqueinthemanufacturingprocessofthetowandresin-compoundmaterials.KEYWORDS：tension-controlequipment,tensionsensor,theDCtorquemotor,thePIDcontrolmode2目录第1章概述51.1引言51.2纤维铺放设备中张力控制国内外研究现状51.3

4、本文研究意义及内容6第2章张力控制系统总体设计82.1系统设计要求82.2系统设计方案82.2.1系统框图82.2.2硬件电路设计9第3章张力检测机构设计163.1电阻应变片工作原理及横向效应163.1.1金属的电阻应变效应及应变片结构163.1.2横向效应简介183.2电阻应变片的动态响应特性193.3电阻应变片的温度误差及补偿203.4张力传感器调整电路223.4.1电桥原理223.4.2张力传感器结构设计24第4章执行结构——直流力矩电机274.1直流力矩电机工作原理274.2直流力矩电机特点284.3直流力矩电机特性294.3.

5、1直流力矩电机输入输出特性294.3.2带控制器的直流力矩电机特性304.4张力控制算法314.4.1比例调节器（P）324.4.2比例积分调节器（PI）334.4.3比例微分调节器（PD）334.4.4增量式PID控制算法33第5章总结36参考文献3739致谢3839第1章概述1.1引言在工业生产的诸多行业中，经常会遇到卷绕控制问题，如在纸张、纺织品、塑料薄膜、电线、印刷品、等的生产过程中，带料或线材的收放卷的张力对产品的质量至关重要，张力过大会造成加工材料的拉伸变形，张力过小会使卷取材料的层与层之间的应力变形，造成收卷不整齐，影响加

6、工质量。为此要求进行恒定张力控制，即在卷绕的过程中使产品承受最佳压力，且自始至终保持不变。尤其是在纤维复合材料的应用中，由于纤维的强度与重量比明显优于金属，产品又具有结构性能可设计及耐腐蚀等优点，所以在航天、国防和民用工业中正发挥着越来越重要的作用。因此，提高纤维以及一些树脂复合材料的质量就尤为重要[1]。在复合材料的成型工艺中，纤维缠绕成型工艺是指采用连续纤维在浸渍树脂粘合剂后，在张力的作用下按照一定的线型有规律的排布在芯模上，然后通过加热是粘合剂固化而制成一定形状的工艺方法。纤维铺放技术全称是自动丝束铺放成型技术，也称自动铺丝技术(

7、AutomaticFiberPlacement,AFP)。该技术是20世纪70年代作为纤维缠绕和自动铺带技术的改革而发展起来的全自动复合材料加工技术，也是近年来发展最快效率最高的复合材料自动化成型制造技术之一。纤维铺放技术既可以铺凸面也可以铺凹面，还可以铺放复杂的双曲率构件，并具有在铺层时切割丝束的功能，可以满足对铺层惊醒剪裁以适应局部加厚，铺层递降和开口铺层的需要，因此相比纤维缠绕技术和自动铺带技术具有更广泛的应用价值。在复合材料的成型工艺中，合理的控制张力可以提高纤维的工作应力，充分发挥纤维材料的高强特效[2]。复合材料制品的最终性

8、能与其生产过程中的工艺参数密切相关。在铺放发动机壳体、压力容器时，铺放张力的大小，各束纤维间的张力的均匀性及各铺放层间纤维张力的量级变化对制品强度影响极大。研究证明，张力选择不当或张力不稳定，可使纤维缠绕制