基于高增益观测器复合材料制件缠绕压力控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于高增益观测器复合材料制件缠绕压力控制方法及系统，包括：确定四连杆机构作为施加沿芯模径向的正压力的压力传导机构，对压力传导机构进行静力学和动力学分析；采用三维仿真平台优化四连杆机构的形变及所承受的动载荷，获得优化后的四连杆机构；建立所述压力控制系统的动力学模型，通过工控机将缠绕压力信号的检测值与设定值进行比较，通过基于高增益观测器模控制方法确定控制输入值，并发送给比例阀对阀口进行控制，直至缠绕压力信号的检测值与设定值一致。本发明专利技术提出的控制方法和系统保证压辊对预浸带施加沿芯模径向正压力的稳定控制，提高复合材料预浸带缠绕机缠绕压力传导精度和稳定性，改善压力传导滞后和波动问题。滞后和波动问题。滞后和波动问题。

【技术实现步骤摘要】
基于高增益观测器复合材料制件缠绕压力控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及复合材料缠绕制品的缠绕压力控制
，具体涉及一种基于高增益观测器滑模控制策略的复合材料制件缠绕压力控制方法。

技术介绍

[0002]复合材料是一种多相材料，一般由两种或两种以上不同性质、不同形态的组分通过复合工艺组合而成，不但可以保留原组成材料的重要特性，又能复合工艺效应获得原组分所不具备的优良性能。复合材料缠绕件制备过程一般包括缠绕加工过程和固化工艺过程。
[0003]复合材料预浸带缠绕成型工艺是在缠绕温度作用下，将预浸带上的树脂基体加热至熔融状态后，通过压辊正压力及力矩电机施加的张力共同作用下，将预浸带缠绕在芯模上，并使其各层间紧密粘接。在缠绕过程中预浸带进入压辊与芯模接触区，通过压辊对预浸带施加沿芯模径向的正压力。对预浸带层间进行驱除气泡、加压粘结，同时保持预浸带的平顺，避免预浸带内侧边因变形而引起的褶皱出现滑移现象。
[0004]因此，压力控制的稳定性极为重要，压力控制系统是一个非线性容易受到扰动的系统，过大的压力波动会导致预浸带层间出现过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料制件缠绕压力控制系统，其特征在于，包括：四连杆机构；气缸；所述气缸通过四连杆机构对预浸带施加沿芯模径向的正压力；比例阀，与气缸连通，用于控制气缸的气体流量；压力传感器，用于采集预浸带的缠绕压力信号；工控机，分析四连杆机构的静力学和动力学，确定机构间摩擦对压力输出产生所的误差和迟滞影响的量化关系；三维仿真平台，用于根据机构间摩擦对压力输出产生所的误差和迟滞影响的量化关系，优化四连杆机构的形变及所承受的动载荷；其中，所述工控机用于根据气缸活塞压力平衡和理想气体状态方程，采用拉普拉斯变化推导得到了压力控制系统的动力学模型，建立所述压力控制系统的动力学模型；所述工控机还用于将缠绕压力信号的检测值与设定值进行比较，通过基于高增益观测器模控制方法确定控制输入值，并发送给比例阀对阀口进行控制，直至缠绕压力信号的检测值与设定值一致。2.根据权利要求1所述的复合材料制件缠绕压力控制系统，其特征在于，所述四连杆机构包括传动轴、两个转动连接板(401)和四个连杆(402)；所述传动轴穿过一个所述转动连接板(401)，并与所述气缸的推杆端通过联轴器连接，所述转动连接板(401)与所述传动轴固定连接；另一个所述转动连接板(401)的外端面与热轧辊支架一端固定连接；两个所述转动连接板(401)的相对的两个端面均固定设置有套筒，所述传动轴依次穿过两个套筒并与所述套筒通过直线轴承滑动配合；两两所述连杆(402)中部互相铰接形成X状态；其中，非互相铰接的两个所述连杆(402)的一端互相铰接，另一端分别与两个转动连接板(401)铰接。3.一种应用如权利要求2所述的复合材料制件缠绕压力控制系统控制缠绕压力的方法，其特征在于，包括以下步骤：确定四连杆机构作为施加沿芯模径向的正压力的压力传导机构，对压力传导机构进行静力学和动力学分析，确定机构间摩擦对压力输出产生所的误差和迟滞影响的量化关系；根据机构间摩擦对压力输出产生所的误差和迟滞影响的量化关系，采用三维仿真平台优化四连杆机构的形变及所承受的动载荷，获得优化后的四连杆机构；根据气缸活塞压力平衡和理想气体状态方程，采用拉普拉斯变化推导得到了压力控制系统的动力学模型，建立所述压力控制系统的动力学模型；通过工控机将缠绕压力信号的检测值与设定值进行比较，通过基于高增益观测器模控制方法确定控制输入值，并发送给比例阀对阀口进行控制，直至缠绕压力信号的检测值与设定值一致。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对压力传导机构进行静力学和动力学分析，确定机构间摩擦对压力输出产生所的误差和迟滞影响的量化关系，包括以下步骤：对压力传导机构进行静力学分析，建立平衡方程如下：
式中，F
z
是直线轴承的支撑力，F
τ
是芯模和压辊间的切向力，M是传动轴受到转矩，g1是热轧辊自重，g2是直线轴承自重，g3是联轴器自重，L为联轴器中心到热轧辊中心的距离，L1为直线轴承到热轧辊中心的距离，L2为直线轴承到联轴器的距离，r为热轧辊半径；由此，缠绕正压力和摩擦力由下式得到：式中，F
n
是缠绕正压力，f1是摩擦力，μ是摩擦系数，缠绕压力会随着摩擦系数和切向力的改变而引起迟滞和波动，由于直线轴承和推杆间摩擦力的存在，会造成压力输出值和设定值存在一定误差和迟滞。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用三维仿真平台优化四连杆机构的形变及所承受的动载荷，包括以下步骤：使用仿真平台对三维模型进行静力学、模态和谐响应分析；采用六面体自由网格划分方法，对全局尺寸进行控制，局部接触区域对网格进行细化；对三维结构部件进行自由度约束，施加边界条件进行模态分析；在压辊的径向施加变频率载荷，选择机构薄弱环节作为谐响应测试点，以模态叠加法进行谐响应分析；通过对四连杆机构进行的仿真分析，得到机构的应力应变值、整体变形量和动载荷承受能力。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述压力控制系统的动力学模型的构建，包括以下步骤：气缸活塞理论输出推力由下式计算得到：F
t
＝A1P1‑
A2P2其中，F
t
是活塞推力，A1是气缸右腔室面积，P1是气缸右腔室压力，A2是气缸左腔室面积，P2是气缸左腔室压力；考虑气缸运动部件的惯性力和气缸内壁与活塞密封环的机械摩擦力...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏庆华，赵旭东，洪旗，齐俊德，何文涛，张映锋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：