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碳纤维多层角联织机多经轴送经系统关键技术研究

陈云军  
【摘要】:多经轴送经系统是碳纤维多层角联织机的关键技术之一,对多层角联织物的高效生产和织物的性能具有重要意义。本文围绕碳纤维多层角联织机急需解决的多经轴送经系统的机构设计、多经轴经纱张力控制技术、多经轴协同控制技术以·及稳定可靠的控制系统设计等关键技术开展研究工作。首先分析三种不同结构的多层角联织物及其织造工艺,研究多经轴送经系统机械结构,建立送经系统中各机构的动力学模型,分析了各机构间动态耦合关系,提出多经轴送经系统的经纱张力控制方法和多经轴协同工作的控制方法,并研制多经轴送经系统专用控制器,搭建多经轴送经机电控制系统平台,并通过碳纤维多层角联织机进行了应用验证。具体工作概述如下:(1)碳纤维多层角联织机实现织造三种不同结构(多层角联锁、多层角联锁加径向增强和多层机织三向)的多层角联织物,结合织造原理和碳纤维特性,分析不同层织物经纱参数,提出了由60套送经轴、60套主动摆辊式经纱张力调节装置、专用拢纱机构和小经轴等机构组成的多经轴送经系统,以满足多层角联织机对经纱的需求。(2)多经轴经纱在空间具有大跨度性,经纱张力控制系统是一个时变性、非线性、多变量干扰并且张力与速度之间存在强耦合的复杂系统,逐步分析开口、张力调节和送经轴等环节的动力学模型,为经纱张力控制奠定理论基础。(3)经纱张力控制是多经轴送经系统的核心,依据机构的动力学模型,结合织机的工作过程,集用分布式控制思想,融合迭代控制方法和模型参考自适应控制算法等关键技术,应用到大跨度多经轴送经张力控制系统中,实现经纱张力稳定控制。(4)提出CAN总线与IO总线并用的双总线控制模式,研制高速并行处理功能的控制器,搭建多经轴并行工作的硬件平台,确保60套送经轴间高速动态配合。(5)针对多层经纱协同工作的控制要求,引入基于虚拟参考轴的多轴协同控制算法,实现多经轴间协同控制。研制的多经轴送经系统与碳纤维多层角联织机进行了联合运行测试,整个多经轴送经系统运行状况良好,有效地解决了多经轴送经系统的经纱张力控制和多经轴协同工作的难题,织造出合格的多层角联锁织物。


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