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1、多股簧数控机床张力控制器动态响应特性的研究AuloManufaclunngTechn.JOgy汽车制造技术多股簧数控机床张力控制器动态响应特性的研究程建宏王时龙周杰邹政彭玉鑫（重庆大学机械传动国家重点实验室，垂庆400044）摘要:以CZ型磁粉制动器为研究对象，通过分析磁粉制动器的动态响应特性.建立了磁粉制动器的数学模型及控制方程•通过matlab软件进行仿真.得岀了多股簧数控机床张力控制器的响应曲线，对多股簧数控机床的整体控制系统动特性的进一步研究提供了理论依据.关键词:多股簧数控机床磁粉制动器动态特性控制系统StudyonDynamicResponseofTensionController
2、ofCNCMachineforMulti-coilSpringCHENGJianhong,WANGShilong,ZHOUJie,ZOUZheng,PENGYuxin（MechanicalTransmissionNationalKeyLaboratory,ChongqingUniversity,Chongqing400044,CHN）多股螺旋弹簧（简称多股簧）是由钢索（通常由27股0.4〜3mm的碳素弹簧钢丝缠绕而成）卷制而成的圆柱螺旋弹簧，和单股弹簧相比，多股螺旋弹簧具有刚度强度好，吸振减振效果好等独特性能，在汽车仪器仪表减振系统,武器发射系统以及航空发动机等多个领域中都具有重要的应用价值』
3、•多股簧数控机床是加工多股螺旋弹簧的专用设备•由于多股螺旋弹簧结构参数众多，制造工艺复杂,对数控系统提出了更苛刻的要求•在多股螺旋弹簧的绕制过程屮,钢索索距的均匀性和钢丝直径的一致性是决定多股螺旋弹簧的质量和使用寿命的关键因素.在拧索过程屮，如果各股钢丝张力不一致，各自的塑性变形相差很大，拧成钢索后变形适当恢复，将造成钢索索距均匀性和直径一致性较差，从而无法保证钢索的质量•这样的话，多股簧在工作过程中各股钢丝的变形及内部摩擦不均匀,也无法均匀承担载荷，甚至可能造成某根钢丝的过度磨损而断裂,使多股簧的优越性能和使用寿命大打折扣•因此严格控制各股钢丝张力趋于一致，并实现钢丝张力的实时检测,就成为多
4、股簧制造工艺中的关键技术.基于磁粉制动器的张力控制器很好的解决了这一难题，使得多股簧在绕制过程屮的各股钢丝的张力恒定在给定范围，并且实时监测,从而保证多股簧的质量1基于磁粉制动器的钢丝张力控制系统1.1磁粉制动器的结构及工作原理磁粉制动器的结构如图1所示•当激磁线圈加上某一直流电压吋，线圈内产生激磁电流,此电流流经线圈后形成了如图中虚线所示的闭合磁场，在磁场作用下工作间隙中的摩擦力产生制动力矩.磁粉制动器所消耗的功率变成热能由冷却水冷却达到平衡.1一旋转的圆柱形转子;2■定子;3■激磁线圈；4■圆柱形转子上的隔磁环;5■磁粉;■定子冷腔.图1磁粉制动器的结构图1.2磁粉制动器的特性磁粉制动器是
5、一种新型的自动控制执行元件•它根据电磁原理，利用磁粉来传递转矩，所传递的转矩在其额定转矩内通过激磁电流可任意调节，激磁电流(,,)和转矩()在一定范围内成线性关系(图2).｝国家自然科学基金(50775226);教育部科学技术研究重点项R(109129);重庆市科技攻关计划项目(CSTC2009AC3049)汽车制造技术AutoManufaingTechnOIogy当激磁电流不变，转矩将会稳定输出，不受滑差速度()的影响(图3).120〜iOO辑80苦锥6040200////.//*17’20406080100120激磁电流7%图2激磁电流，与输出扭矩M的关系图2004006008001000
6、1200滑差速度V/min图3滑差速度v与输岀扭矩M的关系1.3多股簧数控机床张力控制器的工作原理多股簧数控机床张力控制器的控制系统原理如图4所示,钢丝从钢丝盒岀丝后，由磁粉制动器恒定扭矩达到控制其张力,之后钢丝进给轨迹到达检测机构张力传感器，对张力实时检测并将数据传输到AD-AM5017控制模块，经处理后由ADAM5024将控制信号输出到变送器,从而达到实时调节磁粉制动器以恒定张力•整个系统构成负反馈的闭环控制系统，如图5所示.9146?图4张力控制器的控制系统原理上位机+控制模块竺网…A/D转换器H前置滤波放大器H称重传图5张力控制器系统结构2张力控制器的动态特性数学模型2.1磁粉制动器的
7、传递函数通常磁粉制动器的响应时间与励磁电压,励磁电流及磁通大小有直接的联系.本系统中的磁粉制动器可以近似地看作一阶惯性环节.故传递函数为?l(S)/u(s)=Koe*7[((s)+l)(r(s)+1)]/[((5)+l)(・(s)+l)(()+l)](1)式中乂s)为磁性线圈励磁电压一励磁电流间惯性滞后关系的电磁时间常数;r(s)为励磁电流一磁通量问纯滞后关系的磁滞吋间常数;丁(s)为磁通一磁粉运
