多股螺旋弹簧绕制过程中的动态张力

多股螺旋弹簧(简称多股簧)是由钢索(通常由2～7股0.4～3.0 mm的碳素弹簧钢丝缠绕而成)卷制而成的圆柱螺旋弹簧,绕制过程中对钢丝张力的一致性控制是保证多股簧的质量关键.按实际成形过程推导多股螺旋弹簧各钢丝中心线的数学模型;提出多股螺旋弹簧各股钢丝在绕簧过程中的动态张力变化理论模型.研究得出多股螺旋弹簧的成形加工质量除了与钢丝本身的质量有关外,还与绕簧的速度、对钢丝产生拉力的部件的转动惯量有关.提出一种多股螺旋弹簧绕制的工艺参数确定和控制方案.结合实际案例,在绕簧过程中钢丝的张力因系统惯性可以产生约20%的控制误差,从而找到了多股螺旋弹簧产品的废品率与拧索速度之间的关系.在上述理论模型的指导下,对原设备只需进行较小的改动,即限制设备主轴的最高转速,产品合格率随即得到较大幅度的提高,这是因为钢丝的张力因系统惯性最大只能产生小于0.6%的控制误差.     

多股簧绕制成型过程中时变非线性张力控制建模及仿真

针对当前多股簧数控加工机床存在的钢丝张力一致性不佳、张力控制系统调试效率低的问题,研究了张力产生机理,建立了时变非线性动力学模型。以3股钢丝的多股簧为例研究了钢丝间张力互相作用机制,并基于Matlab/Simulink搭建张力控制系统仿真平台,探索了某一通道阻尼突增对所有钢丝张力一致性的影响。仿真结果表明,钢丝张力突增使得钢索成型点后移,各钢丝捻角变大,进而导致放卷速度、牵引速度及张力产生波动。通过不同预设张力值下控制系统的仿真偏差与试验偏差曲线的对比,验证了仿真模型的有效性。仿真系统具有与实际张力控制系统相匹配的响应特性,仿真结果重现了多股簧实际加工过程中存在的一些现象及问题,对实际加工过程中张力控制系统参数的调整具有指导意义。     

硅片切割张力控制策略研究

对硅棒的切片加工技术进行了简介,分析了切割线在走线过程中张力波动产生的原因。提出基于伺服电机转矩控制和张力摆杆相结合的张力控制方案来替代现有的张力重锤控制方案,并建立了该控制方案运动学模型和动力学模型,为张力反馈控制提供了理论依据。通过建立速度控制模式下伺服电机的数学模型,提出模型参考自适应速度同步控制方案与张力摆杆的反馈相结合的张力控制策略。在MATLAB/Simulink仿真环境下分别建立基于PID控制策略和自适应控制策略的张力控制系统仿真模型,仿真结果表明该控制方案明显优于PID控制方案,能够有效控制线速度同步误差和张力波动。     

抑制张力波动传播的自抗扰解耦控制

以减弱机架间张力耦合作用、减小张力波动对下游区段张力稳定的影响为目标,提出线性自抗扰解耦控制解决方案。在建立系统动态机理模型的基础上,将各机架间的动态耦合视为扰动,由线性扩张状态观测器实时估计并采用状态反馈控制予以补偿,通过设计与静态解耦器串联的线性自抗扰控制器,使复杂的多输入多输出MIMO(multi-input-multi-output,MIMO)系统解耦成多个并行的单输入单输出子系统。仿真结果表明:与传统的分散PID控制方法相比,该控制器不仅有效减弱了机架间张力的耦合作用,抑制了张力波动向下游段传播,而且使系统对模型失配和外部干扰等不确定因素具有良好的鲁棒性能。     

多线切割的张力波动影响因素分析与对策

根据太阳能硅片多线切割加工机理,建立了张力控制系统的速度差模型和运动学模型。采用速度同步模型和自适应控制方案,结合张力控制电机反馈的角速度和角位移大小对收/放线电机的速度输入进行修正,达到对张力的有效控制。针对会引起张力扰动或张力波动过大的相关因素进行分析研究,其中包括收线辊半径扰动、切割线走丝换向以及导向轮对张力波动的影响。针对这些张力波动影响因素,提出相关解决方案,MATLAB/simulink仿真结果表明所提出的解决方案具有可行性。     

多线切割机走线系统的张力控制

随着集成电路和光伏产业的飞速发展,硅材料加工技术越来越受到重视,其中切割是硅材料加工的一道关键工序.介绍多线切割机走线系统的总体结构,说明它的工作原理,建立放线系统张力控制结构的运动学方程,分析产生张力波动的原因,提出相应的解决方法.设计张力控制系统的硬件平台,通过多电动机同步控制进行间接张力控制,提出一种基于相邻轴误差的多电动机同步控制方法,定义多电动机系统的跟踪误差和同步误差,引入相邻轴误差的概念,构造积分滑模面,设计控制转矩,保证多电动机的同步运动,减小张力的波动,保证钢丝线的张力稳定.试验结果表明所提出的张力控制方法十分有效,该张力控制系统具有张力波动范围小、控制精度高、调整方便的优点.     

自适应线性自抗扰控制器的设计

自抗扰控制器对于抑制不确定的扰动有良好的效果,但其控制器参数较多且整定困难。为了实现自适应的线性自抗扰控制器,对线性自抗扰控制器的参数整定策略展开了研究。首先,设计了基于观测误差的线性扩张观测器参数自适应整定算法。接着,设计了自抗扰控制器线性反馈环节的参数的自适应整定算法。最后,利用李雅普诺夫方法,证明上述自适应整定算法得到的参数可以保证扩张状态观测器的观测误差和被控系统最终输出误差都收敛至零。实验结果表明:精密气浮运动平台低速工况下,自适应线性自抗扰控制器的参数在0.8s内即可迅速完成整定计算;线性扩张观测器观测误差绝对值小于2nm;被控精密气浮运动平台的速度波动不大于5%。自适应线性自抗扰控制器实现了控制器参数在线整定,控制器的性能表现满足要求。     

多丝切割机走丝系统的张力控制

多丝切割是一种新兴的硅片切片加工方法,在硅片的多丝切割加工中,金属丝的张力控制是影响加工的重要因素,本文分析了多丝切割机走丝系统的特点,采用张力控制电机实现走丝系统的速度差张力控制。仿真结果表明该方法可以满足走丝系统张力控制的高精度、高响应速度、波动小的控制要求。     

钢丝绳股内钢丝弯曲张力有限元分析

提升钢丝绳绕过天轮弯曲时,会导致股内钢丝张力发生变化,从而影响钢丝绳的使用寿命。以1+6型钢丝绳绳股为研究对象,应用有限元方法对绳股弯曲进行了仿真,得到了在不同包角下股内各丝张力沿接触弧长的分布。结果表明:绳股与天轮的接触弧长等于绳股捻距整数倍时,股内钢丝弯曲张力变化幅度最小;接触弧长等于捻距整数倍加上捻距一半时,弯曲张力变化幅度最大;中心钢丝的弯曲张力随着接触弧长的增大而缓慢减小。通过调整天轮与绳股的接触弧长为捻距的整数倍,可降低股内钢丝张力变化幅度,延长钢丝绳的使用寿命。研究结果为提升机包角的选取提供了理论依据。     

多股簧数控机床设计及其张力控制系统的研究

分析了多股簧成型原理,并设计出新型的多股簧机床,同时,利用pro/e对其进行了仿真分析。针对钢丝张力控制系统特点,设计了一套自适应模糊控制器。通过在simulink中的仿真,证明了该系统响应迅速,控制精确的特性。运用该张力控制系统,实现了在多股螺旋弹簧加工过程中对张力的实时精确控制,达到了加工工艺要求。