纤维铺放机送丝系统开发

【摘要】数控纤维铺放技术是在纤维缠绕技术基础上发展起来的树脂基复合材料自动化成型制造技术。根据所设定的线型轨迹，由计算机控制系统控制，完成芯模的纤维铺放任务。它不仅能够进行连续的变角度铺放，并且弥补了纤维缠绕在凹曲面成型时纤维架空的不足之处，因此，在新型复合材料成型方面，纤维铺放技术得到了快速发展，尤其是在含有凹曲面的异形截面零件成型方面，展现出了极大的优势。然而，我国在纤维铺放自动化设备方面发展缓慢，影响其发展的一大技术因素便是送丝系统的研发。基于此背景，开发了基于模糊自适应PID控制算法的纤维送丝系统，它集自动送丝，张力控制，智能算法于一体。本文首先介绍了送丝系统总体设计方案，根据纤维铺放自由度的要求，确定送丝系统由3个直线运动合成铺丝头运动轨迹，1个旋转运动（A轴）进行纤维的收送丝，通过原理分析，建立了系统的结构模型，并且通过DELMIA进行了运动仿真。然后提出了基于模糊自适应PID算法为核心的重锤式张力控制系统，将智能控制算法应用到纤维张力控制中，增强了张力控制效果；在硬件方面，以PMAC为运动控制核心，位置传感器为反馈元件，交流伺服电机为执行元件，构成闭环控制系统。实验部分通过张力传感器，对重锤式张力控制系统进行了张力试验验证，并且得到了优化后的控制参数。论文最后部分，利用数控编程软件Mastercam，对异形截面工件，进行了线型规划、轨迹创建、NC代码输出及仿真，完成了将数控多轴加工技术转化为异形截面纤维铺放技术。本课题是以飞机襟翼作为成型制件，基于纤维铺放机，进行了送丝系统的开发。在张力控制方面，通过位置传感器采集重锤位移信息，利用位移与加速度关系，把重锤加速度作为控制对象，间接控制纤维张力，并结合模糊自适应PID控制算法，对纤维张力的控制取得了良好的效果。
【作者】孙建起；
【导师】岳彦芳；
【作者基本信息】河北科技大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】纤维铺放；模糊PID；张力；路径规划；异形截面；

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