四自由度數(shù)控纏繞機控制系統(tǒng)設計.pdf

1、纖維復合材料制品廣泛應用于用于航空航天、石油化工、能源工業(yè)、船舶、機械制造等領域。纏繞機是生產(chǎn)纖維復合材料制品的核心設備之一。目前，國內(nèi)二、三自由度的纏繞機居多，其不但生產(chǎn)的纏繞制品單一而且多采用“跟隨主軸”的纏繞方式，即主軸旋轉(zhuǎn)、其余自由度隨動當主軸誤差較大時其余自由度的誤差會增加從而影響控制系統(tǒng)的精度;而四自由度纏繞機大多使用集成數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)纏繞機雖然纏繞精度高但其成本高昂并且控制系統(tǒng)開放性差。因此迫切需要研發(fā)一種開放性好、纏

2、繞精度高的新型的四自由度開放式數(shù)控纏繞機控制系統(tǒng)。
　　本文首先對軸對稱回轉(zhuǎn)體芯模進行分析，利用微分幾何理論推導軸對稱回轉(zhuǎn)體芯模封頭與筒身段的芯模轉(zhuǎn)角方程，然后利用解析幾何，根據(jù)芯模落紗點的極坐標方程與懸紗的單位切向量對導絲頭運動方程進行推導，根據(jù)纖維均勻布滿芯模表面的穩(wěn)定條件對纏繞角進行優(yōu)化，最后將導絲頭運動軌跡轉(zhuǎn)化為所用控制系統(tǒng)的G代碼文件。研制了四自由度數(shù)控纏繞機控制系統(tǒng)，根據(jù)纏繞機的機械結構及工作原理設計了“運動控制器+工

3、控機+伺服控制系統(tǒng)”的硬件方案。上位機由Visual Studio2010環(huán)境開發(fā)，主要實現(xiàn)人機交互、纏繞線型設計與優(yōu)化、G代碼輸出及下載功能。下位機程序采用TRIO Basic語言編寫，主要完成主軸、伸臂、小車、絲嘴的手動控制及G代碼文件解析的功能。
　　本文進行了控制精度和線型纏繞實驗，實驗表明:四自由度數(shù)控纏繞機控制系統(tǒng)可以對軸對稱回轉(zhuǎn)體芯模進行纏繞軌跡設計，其所設計的線型可滿足穩(wěn)定纏繞的要求。通過對TRIO運動控制器的二次