复合材料是用适当的方法将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起而构成的一种新型材料。复合材料与传统金属材料相比,具有许多突出的优点和优良性能。树脂基复合材料制品是由缠绕机缠绕成型后,用树脂胶固化、脱模后形成的产品。主要应用于国防及航空航天领域,建筑、能源等一般产业领域。 纤维缠绕技术是一项涉及复合材料、高分子化学、数学、机械、电子、计算机等多门学科的综合性技术。本课题所研究的纤维缠绕机就是生产纤维缠绕制品的主要设备,控制器便是该设备控制系统的核心。控制器的性能直接决定纤维缠绕过程中,系统运行稳定性、缠绕精度和生产效率等指标。本文通过对该缠绕机缠绕运动特点的分析,结合当前最新的缠绕技术和加工工艺要求,提出了采用计算机控制交流伺服系统驱动齿形带运动方式,实现该设备的螺旋缠绕和环向缠绕运动。同时,讨论了计算机控制系统的组成原理,控制系统的总体设计,采用上、下位机结构的两级分布式计算机控制系统。上位机用于提供人机交互界面,系统监测和工艺参数设定等功能;下位机主要用于控制交流伺服系统驱动执行元件执行规定的动作要求。上位机与下位机通讯采用RS-232C串行接口标准总线协议。 纤维缠绕控制方法与张力控制是实现计算机控制的重要环节。在分析缠绕工艺和规律的基础上,深入研究了该纤维缠绕机的张力控制系统。设计了以永磁式直流力矩电动机为执行元件的张力控制系统,它能够实时检测和调整缠绕过程中纤维的张力。在满足设计精度要求的前提下,设计了积分分离数字PID张力控制器,有效地抑制了PID控制器积分积累引起系统的振荡,并通过现场调试进行了PID各参数整定。最后,运用MATLAB控制系统工具箱和Simulink仿真模块对位置控制器和张力控制器的控制效果进行了仿真研究和分析。结合实验数据和仿真结果表明,PID位置控制器和积分分离PID张力控制器对系统控制性能有明显的改善。 该纤维缠绕机计算机控制系统的软件均采用Visual Basic语言进行编写,人机界面友好,扩展性强。实际运行表明,此系统的控制器运行稳定可靠,完全达到了设计功能和缠绕精度要求。