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《华中科技大学》 2010年
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非连续卷绕系统动力学建模与张力/位置控制及其应用

陈建魁  
【摘要】:柔性薄膜基材非连续卷绕技术是柔性电子制造的关键技术之一,对柔性电子产品高效、低成本生产具有重要意义。本文将针对RFID标签封装装备的卷绕系统重点研究非连续卷绕技术中两个相互耦合的难题:张力与位置控制,从非连续卷绕工况下张力波动机理入手,建立典型卷绕系统动力学建模,提出张力控制方法和张力与位置混合控制方法,并通过设备应用验证。具体工作概述如下: (1)深入分析了非连续卷绕进给系统中张力波动机理,建立了多因素诱导张力波动动力学模型,主要包括料卷时变卷径、惰性辊轴、摩擦力等因素对基材中张力的影响。 (2)非连续卷绕系统动力学建模是对系统进行精密控制的基础。依据功能区间将系统划分为若干子系统,结合各区域的组成、功能特点,提出了多参数耦合动力学模型。针对这一复杂多输入多输出系统,建立了参数增量式动力学模型,分析了不同进给时段、不同区域的张力随工艺参数的变化规律。 (3)张力控制是非连续卷绕系统首先需要解决的问题,是精确定位和稳定输送的前提。在建立的张力控制模型基础上,提出了包含张力反馈、位置反馈等的分布式张力控制方法,并引入迭代学习控制方法,仿真分析证明迭代学习控制可以保证张力控制的稳定性。 (4)为提高卷绕系统非连续进给工艺的定位精度,本文提出了一种基于多轴控制卡的集张力控制与位置控制于一体的混合控制方法,融合了四轴位置指令同步定位控制、迭代学习控制、分布式张力控制和参数自适应辨识控制等关键技术,保证系统获得张力稳定和高精度定位的同时,对新基材、新工况具有良好的自适应能力。 最后,本文对所得到的结论、提出的控制方法等进行了实验验证,并应用到RFID标签封装装备中。单元平台实验与实际装备工况测试表明:(1)张力波动与系统中惰性辊轴数、加减速时间和进给速度等参数直接相关;(2)定位精度受进给速度、加速度和张力稳定性等影响较大,低速慢节奏的非连续进给的实验条件中定位精度较高;(3)所提出的张力-位置混合控制方法在实际生产线上运行良好,在非连续进给工况下能够保证系统运行中较高的张力稳定性和定位精度。 本文提出的控制方法已经在RFID标签封装装备中获得实际应用,具有较好的应用效果。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH113

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