数控布带缠绕机工艺参数控制方法研究
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摘要
数控布带缠绕机是用碳／酚醛、高硅氧／酚醛预浸胶带缠绕固体火箭发动机喷管，耐烧蚀、防热材料零部件、导弹鼻锥、发射筒以及宇航飞行器防热零部件的专用设备。对于布带缠绕机，西方先进工业国家对我国实行严格封锁、禁售政策。该类设备对于我国航天工业型号研制和生产是急需的配套工艺装备。因此，研究新型的、多轴、多功能、多物理参数控制的不规则零件缠绕设备和控制软件以及工艺参数匹配已是当务之急。本课题研究的目的就是打破国际禁运和技术封锁，自主研发拥有独立知识产权的高档多功能数控布带缠绕机。
多功能数控布带缠绕机是集机械、电子、气动、控制、软件和数控等技术一体化的多学科交叉综合应用的复杂设备，它的研制是一个复杂庞大的系统工程，本文从参数控制角度出发，在认真研究复合材料成型工艺要求的基础上，对影响缠绕制品性能的张力、温度和压力等工艺参数进行研究，提出了切实可行的闭环控制方案，并增加自动尺寸测量功能，旨在提高数控布带缠绕机的性能和可靠性，完善其功能。使数控布带缠绕机的自动化程度更高，功能更全面，使用更方便。
随着控制技术和硬件电路技术的发展，不断有各种成熟的专用控制器问世，其控制精度、可靠性等技术性能指标已经过实践的检验，完全可以用于多功能数控布带缠绕机的参数控制。所以，本文对数控布带缠绕机的研究也与时俱进，尽可能利用现有的技术成熟的控制器和控制算法。
文中提出了新型张力装置，提高了张力测量的精度，为精确控制提供了条件。为了提高工艺参数控制软件的实时性，论文中采用硬件控制器完成张力和温度的闭环控制，工控机只负责参数的监视和显示。压力系统采用气动回路，气缸作为执行元件，比例阀为控制元件，使用动态积分分离算法闭环控制。成功研制出基于SIEMENS数控系统的尺寸测量功能。
本文的研究设计成果已成功应用到为某研究所研制的多功能数控布带缠绕机上，经过验收，缠绕出了完全符合要求的产品，用户对此十分满意。
NC cloth winding machine is special equipment that wind SRM's nozzle and prats of bearing ablation, heat protection, missile cone, emitter and astro navigation aircraft parts with bakelite. The west developed industrialized countries embargo blockade the technic of NC winding machine tightly. This equipment is prerequisitly needed craft equipment for research and production of aerospace industry in our country. Therefore, the study of new type, multi-axis, multi-functions, control of multi-parameters for abnormity parts and control software and matching craft parameter are urgent affairs. For breaking abroad embargo blockade, the author study advanced multi-functions NC cloth winding machine own intellectual property.
This project rooted from contract that signed with one academic institute in Shanghai Multi-functions NC cloth winding machine integrate mechanics, electronic, gas, control, software and numeric control technic. The research is a complex project. After studying the Composite material molding, the author research tension, temperature, press that affect the productions' quality, and put forward applied closed-loop control project, and add the auto-measure function. These enhance the machine's reliability and perfect machine's functions.
With development of the control and hardware technic, all kinds of special controller are produced. Their control precision and reliability are tested by practice, and are used to control the parameters of multi-function NC winding machine completely. Author makes full use of mature technical controller and algorithm.
Author puts forward new type tension equipment, and improved the accuracy that tension measures, and afford condition for control. For increasing the real-time of software, author use hardware controller to fulfill control of tension and temperature. Industrial computer take on watching and displaying parameters. Cylinder is executing element of air pressure system. Proportional valve is the control element. A dynamic integral separated PID algorithm control press. Author developed auto-measure based on SIEMENS NC successfully.
The research result are applied in winding machine in Shanghai. After checkout, the machine wind accord with request product completely. The user extremely satisfies regarding this.
多功能数控布带缠绕机是集机械、电子、气动、控制、软件和数控等技术一体化的多学科交叉综合应用的复杂设备，它的研制是一个复杂庞大的系统工程，本文从参数控制角度出发，在认真研究复合材料成型工艺要求的基础上，对影响缠绕制品性能的张力、温度和压力等工艺参数进行研究，提出了切实可行的闭环控制方案，并增加自动尺寸测量功能，旨在提高数控布带缠绕机的性能和可靠性，完善其功能。使数控布带缠绕机的自动化程度更高，功能更全面，使用更方便。
随着控制技术和硬件电路技术的发展，不断有各种成熟的专用控制器问世，其控制精度、可靠性等技术性能指标已经过实践的检验，完全可以用于多功能数控布带缠绕机的参数控制。所以，本文对数控布带缠绕机的研究也与时俱进，尽可能利用现有的技术成熟的控制器和控制算法。
文中提出了新型张力装置，提高了张力测量的精度，为精确控制提供了条件。为了提高工艺参数控制软件的实时性，论文中采用硬件控制器完成张力和温度的闭环控制，工控机只负责参数的监视和显示。压力系统采用气动回路，气缸作为执行元件，比例阀为控制元件，使用动态积分分离算法闭环控制。成功研制出基于SIEMENS数控系统的尺寸测量功能。
本文的研究设计成果已成功应用到为某研究所研制的多功能数控布带缠绕机上，经过验收，缠绕出了完全符合要求的产品，用户对此十分满意。
NC cloth winding machine is special equipment that wind SRM's nozzle and prats of bearing ablation, heat protection, missile cone, emitter and astro navigation aircraft parts with bakelite. The west developed industrialized countries embargo blockade the technic of NC winding machine tightly. This equipment is prerequisitly needed craft equipment for research and production of aerospace industry in our country. Therefore, the study of new type, multi-axis, multi-functions, control of multi-parameters for abnormity parts and control software and matching craft parameter are urgent affairs. For breaking abroad embargo blockade, the author study advanced multi-functions NC cloth winding machine own intellectual property.
This project rooted from contract that signed with one academic institute in Shanghai Multi-functions NC cloth winding machine integrate mechanics, electronic, gas, control, software and numeric control technic. The research is a complex project. After studying the Composite material molding, the author research tension, temperature, press that affect the productions' quality, and put forward applied closed-loop control project, and add the auto-measure function. These enhance the machine's reliability and perfect machine's functions.
With development of the control and hardware technic, all kinds of special controller are produced. Their control precision and reliability are tested by practice, and are used to control the parameters of multi-function NC winding machine completely. Author makes full use of mature technical controller and algorithm.
Author puts forward new type tension equipment, and improved the accuracy that tension measures, and afford condition for control. For increasing the real-time of software, author use hardware controller to fulfill control of tension and temperature. Industrial computer take on watching and displaying parameters. Cylinder is executing element of air pressure system. Proportional valve is the control element. A dynamic integral separated PID algorithm control press. Author developed auto-measure based on SIEMENS NC successfully.
The research result are applied in winding machine in Shanghai. After checkout, the machine wind accord with request product completely. The user extremely satisfies regarding this.
引文
[1] 赵秋燕，复合材料成型工艺的发展，航天返回与遥感，1999，第1期
[2] 赵渠森 申屠年，先进复合材料制造技术，高科技纤维与应用，1999，第5期
[3] 王斌 丘哲明 刘爱华等，高性能PBO纤维复合材料成型工艺参数研究，航空学报，2004，第2期
[4] 陈烈民，复合材料在航天结构中的应用研究，宇航材料工艺，1994，第6期
[5] 张艳明 邱冠雄，二维纺织复合材料成型的研究，产业用纺织品，2005，第2期
[6] 牛国良 杨长红，布带重叠缠绕胶带用量的简便计算，纤维复合材料，2003，第4期
[7] 李敬华，数控布带缠绕机设备改造，硕士，西北工业大学，2005
[8] 涂华军，基于BP网络的布带缠绕机参数控制系统研究，硕士，西北工业大学，2005
[9] 于喆，预浸胶布带在SRM喷管缠绕过程中的力学研究，硕士，西北工业大学，1998
[10] 董玉振 金德闻 张济川等，缠绕机新型张力控制系统的研究，机械工业自动化，1994，第1期
[11] 张光荣，磁粉离合器和磁粉制动器的结构性能及选用，机电工程技术，2004年第10期
[12] 王玉良，磁性离合器与制动器，技术工艺应用，2004，第1卷
[13] 王春香 王永章 路华等，精密张力控制系统及其控制精度的研究，仪器仪表学报，2000，第4期
[14] Bruce. Becker. Selecting the Right Tensioning System. Power Transmission Design, 1997, 2
[15] 王春香 王永章 付云中等，数控缠绕机精密张力控制系统，自动化仪表，2000，第6期
[16] 史耀耀 唐虹 严新民等，数控缠绕机张力控制系统的开发，机械科学与技术，1998，第6期
[17] 史耀耀 卢光贤，数控缠绕机张力控制系统的研究，机械工业自动化，1993，第1期
[18] 王永章 付云中，缠绕设备张力控制系统的分析，宇航材料工艺，1996，第3期
[19] 朱松青 史金飞 伍斌等，数控纤维缠绕机精密张力控制系统的研究与开发，计算机测量与控制，2004，12
[20] 路华 任胜乐 王永章，一种新型的张力控制系统的研究，宇航材料工艺，2004，第4期
[21] 尹征琦 朱劲，自适应张力控制，电气传动，2001，第6期
[22] 韩廷栋，数控缠绕机加工工艺参数，硕士，哈尔滨工业大学，2006
[23] 解丽华，PID过程控制及其参数整定，科技情报开发与经济，2006，第5期
[24] 席军，刘廷华，PTC热敏电阻的开发应用现状，塑料，2005，第4期
[25] 周海亮 杜懋陆 倪超等，PTC热敏电阻及其发展趋势，内江师范学院学报，2004，第6期
[26] 夏敖敖 谈增师，热电偶传感器的教学探讨，常州信息职业技术学院学报，2006，第1期
[27] 宋秀玲，热敏电阻与光敏电阻，科技情报开发与经济，2006，第16期
[28] 吴涛 林涛，智能温度控制系统，电子测量技术，2005，第1期
[29] 张俊俊 文代明 朱建公，比例流量阀数字化控制方法研究，液压与气动，2006，第1期
[30] 徐轶，比例压力控制系统的辨识，机床与液压，2006，第4期
[31] 武华，基于电液比例技术的摩擦焊压力控制系统，机床与液压，2006，第6期
[32] 章宏甲 黄谊 王积伟编著，液压与气压传动，北京，机械工业出版社，2001
[33] 车彦东 彭光正 钟圣国，气动压力控制系统自校正控制的实用化研究，机床与液压，2006，第7期
[34] 衣超 李明全 王颖楠，数字式压力控制系统设计，机床与液压，2005，第11期
[35] 王福生 孟晓风，一种气体压力控制方法及应用，测控技术，2001，第4期
[36] 贾少东 贾瑞武 范新华等，正反馈数字PID在气体压力控制中的应用，机床与液压，2003，第5期
[37] 解丽华，PID过程控制及其参数整定，科技情报开发与经济，2006，第5期
[38] 刘道兴，PID控制及程序实现方法，内江师范学院学报，2005，第6期
[39] 高志宏主编，过程控制与自动化仪表，浙江，浙江大学出版社，2006
[40] 蔡逢煌 杨富文 林鸿，改进型积分分离PID控制的设计，福建电脑，2003，第9期
[41] 仲志丹 张洛平 张青霞，PID调节器参数自寻优控制在运动伺服中的应用，洛阳工学院学报，2000，第4期
[42] 郑洪生主编，气压传动及控制，北京，机械工业出版社，1992
[43] 王庭树 余从希编，液压及气动技术，北京，国防工业出版社。1985
[44] SINUMERIK 840D/840Di/810D HMI Advanced Operator's Guide, SIEMNES, 2002
[45] HMI/MMC Installation and Start-up Guide, SIEMNES, 2002
[46] Installation and Start-Up Guide 840D, SIEMNES, 2002
[47] Sinumerik 810D_840D简明调试指南技术手册，SIEMNES，2006
[48] Sinumerik 840D_840Di_810D HMI高级操作手册，SIEMNES，2006
[49] 840D-840Di_810D测量循环用户手册，SIEMNES，2004
[50] 840D_840Di_810D高级编程手册，SIEMNES，2004
[51] 840D_840Di_810D基础编程手册，SIEMNES，2004
[2] 赵渠森 申屠年，先进复合材料制造技术，高科技纤维与应用，1999，第5期
[3] 王斌 丘哲明 刘爱华等，高性能PBO纤维复合材料成型工艺参数研究，航空学报，2004，第2期
[4] 陈烈民，复合材料在航天结构中的应用研究，宇航材料工艺，1994，第6期
[5] 张艳明 邱冠雄，二维纺织复合材料成型的研究，产业用纺织品，2005，第2期
[6] 牛国良 杨长红，布带重叠缠绕胶带用量的简便计算，纤维复合材料，2003，第4期
[7] 李敬华，数控布带缠绕机设备改造，硕士，西北工业大学，2005
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[10] 董玉振 金德闻 张济川等，缠绕机新型张力控制系统的研究，机械工业自动化，1994，第1期
[11] 张光荣，磁粉离合器和磁粉制动器的结构性能及选用，机电工程技术，2004年第10期
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[13] 王春香 王永章 路华等，精密张力控制系统及其控制精度的研究，仪器仪表学报，2000，第4期
[14] Bruce. Becker. Selecting the Right Tensioning System. Power Transmission Design, 1997, 2
[15] 王春香 王永章 付云中等，数控缠绕机精密张力控制系统，自动化仪表，2000，第6期
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[18] 王永章 付云中，缠绕设备张力控制系统的分析，宇航材料工艺，1996，第3期
[19] 朱松青 史金飞 伍斌等，数控纤维缠绕机精密张力控制系统的研究与开发，计算机测量与控制，2004，12
[20] 路华 任胜乐 王永章，一种新型的张力控制系统的研究，宇航材料工艺，2004，第4期
[21] 尹征琦 朱劲，自适应张力控制，电气传动，2001，第6期
[22] 韩廷栋，数控缠绕机加工工艺参数，硕士，哈尔滨工业大学，2006
[23] 解丽华，PID过程控制及其参数整定，科技情报开发与经济，2006，第5期
[24] 席军，刘廷华，PTC热敏电阻的开发应用现状，塑料，2005，第4期
[25] 周海亮 杜懋陆 倪超等，PTC热敏电阻及其发展趋势，内江师范学院学报，2004，第6期
[26] 夏敖敖 谈增师，热电偶传感器的教学探讨，常州信息职业技术学院学报，2006，第1期
[27] 宋秀玲，热敏电阻与光敏电阻，科技情报开发与经济，2006，第16期
[28] 吴涛 林涛，智能温度控制系统，电子测量技术，2005，第1期
[29] 张俊俊 文代明 朱建公，比例流量阀数字化控制方法研究，液压与气动，2006，第1期
[30] 徐轶，比例压力控制系统的辨识，机床与液压，2006，第4期
[31] 武华，基于电液比例技术的摩擦焊压力控制系统，机床与液压，2006，第6期
[32] 章宏甲 黄谊 王积伟编著，液压与气压传动，北京，机械工业出版社，2001
[33] 车彦东 彭光正 钟圣国，气动压力控制系统自校正控制的实用化研究，机床与液压，2006，第7期
[34] 衣超 李明全 王颖楠，数字式压力控制系统设计，机床与液压，2005，第11期
[35] 王福生 孟晓风，一种气体压力控制方法及应用，测控技术，2001，第4期
[36] 贾少东 贾瑞武 范新华等，正反馈数字PID在气体压力控制中的应用，机床与液压，2003，第5期
[37] 解丽华，PID过程控制及其参数整定，科技情报开发与经济，2006，第5期
[38] 刘道兴，PID控制及程序实现方法，内江师范学院学报，2005，第6期
[39] 高志宏主编，过程控制与自动化仪表，浙江，浙江大学出版社，2006
[40] 蔡逢煌 杨富文 林鸿，改进型积分分离PID控制的设计，福建电脑，2003，第9期
[41] 仲志丹 张洛平 张青霞，PID调节器参数自寻优控制在运动伺服中的应用，洛阳工学院学报，2000，第4期
[42] 郑洪生主编，气压传动及控制，北京，机械工业出版社，1992
[43] 王庭树 余从希编，液压及气动技术，北京，国防工业出版社。1985
[44] SINUMERIK 840D/840Di/810D HMI Advanced Operator's Guide, SIEMNES, 2002
[45] HMI/MMC Installation and Start-up Guide, SIEMNES, 2002
[46] Installation and Start-Up Guide 840D, SIEMNES, 2002
[47] Sinumerik 810D_840D简明调试指南技术手册，SIEMNES，2006
[48] Sinumerik 840D_840Di_810D HMI高级操作手册，SIEMNES，2006
[49] 840D-840Di_810D测量循环用户手册，SIEMNES，2004
[50] 840D_840Di_810D高级编程手册，SIEMNES，2004
[51] 840D_840Di_810D基础编程手册，SIEMNES，2004