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自动化学报 2024年第5期50卷 873-897页

作者：郭鹏杨辰光李祥利章艺李淼华南理工大学自动化科学与工程学院广州510000 武汉大学工业科学研究院武汉430000

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced composite,CFRC)因具有轻质高强、耐腐蚀、耐冲击等优越性能,在生产生活中的应用已越来越广泛,然而复材产品的生产制造仍是劳动密集性产业,主要依靠人工.机械臂自上世纪50年代进入工业生产... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced composite,CFRC)因具有轻质高强、耐腐蚀、耐冲击等优越性能,在生产生活中的应用已越来越广泛,然而复材产品的生产制造仍是劳动密集性产业,主要依靠人工.机械臂自上世纪50年代进入工业生产中以来,极大提高了生产效率和质量,然而目前机械臂在复材产品制造中的应用是少见的,主要集中在机械臂形式的自动铺丝(Automated fiber placement,AFP)中.复材产品制造工艺繁琐,将复合材料铺放在模具上是复材产品制造过程中的一个重要环节,本文称之为“铺层”,使用机械臂完成复合材料自动铺层将是未来复材产品制造自动化、智能化发展的一个关键方向.本文将机械臂进行复合材料自动铺层操作分为两种主要形式:铺片和铺带(丝),通过案例调研和分析,归纳总结现有的设计理念和技术方法,提出未来发展趋势,以期对机械臂的应用和研究、复材产品的智能化制造和工业4.0的发展形成参考.

关键词：碳纤维增强复合材料机械臂控制末端设计自动铺层

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兆瓦级风电叶片玻璃纤维布自动铺层系统研究与设计

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玻璃钢／复合材料 2019年第6期 49-52,89页

作者：陈传训张华强刘卫生杨先海山东理工大学机械工程学院淄博255049 中复连众复合材料集团有限公司连云港222000

为解决风电叶片玻璃纤维布人工铺层劳动强度大、效率低及有损健康的问题,通过对风电叶片玻璃纤维铺层原理及工序进行研究,设计了一套风电叶片玻璃纤维布自动铺层系统,采用先进传感器信息采集技术、自动控制原理技术、信息融合技术等,可... 详细信息

为解决风电叶片玻璃纤维布人工铺层劳动强度大、效率低及有损健康的问题,通过对风电叶片玻璃纤维铺层原理及工序进行研究,设计了一套风电叶片玻璃纤维布自动铺层系统,采用先进传感器信息采集技术、自动控制原理技术、信息融合技术等,可根据叶片外形轮廓进行路径的最优规划和布辊姿态及放布速度的自适应调整。结果表明,所设计的铺层系统稳定性好,铺层效率高,极大地降低了劳动强度,具有很强的工程应用价值。

关键词：风电叶片自动铺层路径规划自适应

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风电叶片玻璃纤维布自动铺层控制技术研究

风电叶片玻璃纤维布自动铺层控制技术研究

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作者：胡俊山东理工大学

学位级别：硕士

目前国内风电叶片制造行业内玻璃纤维布的铺层方式多为行车吊运料辊辅助人工拖拽进行铺层作业。由于叶片模具具有复杂的曲面结构,料辊位姿调整的难度很大,工人需要手动操纵行车轴协调作用进行铺层作业,铺层速度慢、精度低、易褶皱,容易... 详细信息

目前国内风电叶片制造行业内玻璃纤维布的铺层方式多为行车吊运料辊辅助人工拖拽进行铺层作业。由于叶片模具具有复杂的曲面结构,料辊位姿调整的难度很大,工人需要手动操纵行车轴协调作用进行铺层作业,铺层速度慢、精度低、易褶皱,容易将待铺的玻璃纤维布弄脏。为提高叶片铺层质量,本文从影响铺层质量的关键因素:料辊位姿及多轴协调控制出发,开发了一套风电叶片玻璃纤维布自动铺层控制技术,旨在从理论和实践上满足叶片铺层工艺要求。本文主要研究内容包含以下几个方面:(1)根据叶片铺层工艺设计要求,提出了玻璃纤维布自动铺层整体设计方案。基于D-H方法建立铺层系统运动学模型,并进行料辊位姿正解、位姿反解和位姿误差分析,揭示了料辊位姿与移动轴、旋转轴之间的影响关系。构建交流永磁同步伺服电机数学模型,进而在Matlab/Simulink中采用SimMechanics模块对未加控制算法前的铺层系统运动学模型进行仿真分析,仿真结果表明铺层系统两种轮廓误差分别在40 mm和4°以内,铺层精度低且抗干扰性差。(2)结合玻璃纤维布自动铺层系统,提出一种鲁棒自适应交叉耦合的多轴协调控制策略。采用等距线法获取纤维布铺层路径,根据数据采样插补原理采用空间圆弧逼近铺层路径,为后续轮廓误差计算提供基础。分别建立料辊中心位置和轴线方向轮廓误差计算模型,采用插补点和位置误差、姿态误差分别计算两种轮廓误差,利用料辊位姿正解和位姿反解分别对两种轮廓误差进行修正补偿,并将轮廓误差补偿量分配给移动轴和转动轴,实现了轮廓误差补偿闭环控制。针对系统抗干扰性差问题,基于Narendra自适应控制理论构建自适应控制系统,设计具有强鲁棒性的自适应律,并证明了控制系统的稳定性。将鲁棒自适应控制与PID控制进行仿真对比,同时将鲁棒自适应交叉耦合控制的多轴协调控制策略与铺层系统运动学模型相结合进行仿真分析,仿真结果表明两种轮廓误差降低,系统响应更快且抗干扰性增强,叶片铺层精度提高。(3)根据铺层系统要求对控制系统进行研发,包括控制系统方案、电气系统、气动系统和人机监控界面。搭建风电叶片玻璃纤维布自动铺层试验平台,对LZ59.5-2.0叶片进行SS面第二层外蒙皮自动铺层试验,验证提出的鲁棒自适应交叉耦合控制策略的有效性。试验结果表明铺层系统位姿轨迹与仿真轨迹基本一致,两种轮廓误差分别在15mm和2°以内,系统兼具强自适应性和鲁棒性,满足叶片铺层工艺要求。

关键词：风电叶片自动铺层位姿交叉耦合鲁棒自适应控制

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