２０２３增刊∕１矩形线圈绕制张力控制系统设计许家忠张泞铄孙克伟（哈尔滨理工大学）摘要：在线圈绕制过程中，矩形线圈的非等径几何特征导致缠绕导线的线速度发生非线性变化，从而产生较大的张力波动，影响线圈的绕制效率和质量。因此，为稳定矩形线圈绕制过程的张力波动，提高矩形线圈成型质量，本文建立收线与放线部分的动力学模型，分析矩形线圈绕制过程的动态特性。并将模糊控制理论与传统ＰＩＤ算法相结合进行张力控制系统设计，从而提高矩形线圈的绕制质量。关键词：矩形线圈绕制；张力控制；模糊控制；控制系统０引言随着科学技术的快速发展，电机、变压器、继电器等电气产品在工业领域中受到了广泛应用，其分布已经遍及了人类生活的各个方面。由于国内经济发展迅速，电气产品的需求量逐渐增加，因此对电气产品的质量提出了很高的要求。这些电气产品制造的核心工序为线圈的绕制，自动绕线机是线圈绕制的专用设备，线圈绕制的质量依赖于绕线机的技术水平［１］。在绕线机生产线圈过程中，张力控制是其重要环节，稳定的绕制张力，可以提高线圈的生产效率和质量［２］。在矩形线圈绕制过程中，稳定的绕制张力是线圈质量的保障，但是由于其非等径几何特征会引起线圈卷入导线速度的变化，从而影响张力的稳定［３］。因此为了保证矩形线圈的生产效率和绕制质量，提升张力的控制精度以及响应速度，设计适用于矩形线圈绕制的张力控制系统具有重要意义。１矩形线圈绕制系统建模与分析１.１矩形线圈绕制系统由于矩形线圈长短边切换与半径的不断变化，导致收线轮的惯量、线速度都处于变化的状态，因此，矩形线圈绕制的张力控制系统是多扰动的时变系统。本文设计的矩形线圈绕制系统如图１所示，具体硬件包含放线轮、浮动辊机构、位移检测装置、收线轮及机械支架等。放线轮在机械机构上为线圈绕制导线材料的输入端，在电机的带动下主动为线圈供应导线材料，通过收线轮的不断旋转完成矩形线圈的绕制，位移传感器实时检测浮动辊的位置，通过带有储能装置的浮动辊机构来缓解由于矩形线圈长短边切换引起的张力跳变，控制气缸给定系统初始张力，根据浮动辊的位置间接反映系统张力的变化情况，浮动辊的实际位置和设定位置作为张力控制器的主要误差信号来源，通过实时对浮动辊位置进行检测，位移传感器把浮动辊的位置信号反馈到控制器中，控制器通过调节放线交流伺服电机的速度，使浮动辊尽可能的保持在参考点附近，从而达到稳定系统张力的目的。图１矩形线圈绕...
