长纤浸渍过程动态特性及控制系统研究

发布时间：2024-06-04 03:06

　　长纤维增强热塑性复合材料(LFT)凭借质轻强度高等出色的性能已在工业上广泛应用,目前国内外制备LFT复合材料主要采用熔融浸渍技术,如何使树脂熔体很好的包覆在纤维表面,高效的制备高质量的复合材料成为该工艺技术重点研究的问题。同时在生产过程中,牵引速度与喂料量的匹配关系也会影响纤维含量的波动变化。因此,对系统的设备要求也越来越高,制品质量的高要求就对浸渍包覆造粒系统的自动化、专业化程度的要求提高。本文根据实验室已有的长纤浸渍包覆设备,采用Design Expert软件进行模拟和实验,进行长纤维增强聚丙烯复合材料浸渍过程的初步研究,探索相关工艺变量(牵引速度、喂料量、预分散张力)对长纤浸渍预浸料产品的影响规律,对工业生产中常见的导致LFT产品质量不稳定的因素进行了分析。然后,分析了长纤增强浸渍过程中牵引速度和喂料量与纤维含量的关系,利用状态空间系统辨识(N4SID)的方法,通过MATLAB对双螺杆挤出长纤浸渍系统建立了以牵引速度、喂料量为输入量,纤维含量为输出量的状态空间模型,并进行了动态特性分析,对控制系统设计具有指导意义。最后,针对一套双螺杆挤出长纤浸渍包覆造粒生产设备,搭建了基于西门子...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 复合材料的发展和应用现状
        1.1.2 长纤增强热塑性复合材料的发展进程
    1.2 长纤增强热塑性复合材料的制备工艺技术
    1.3 长纤增强热塑性复合材料的熔融浸渍程度研究
    1.4 浸渍过程的动态分析及系统辨识
    1.5 本课题主要研究内容和意义
        1.5.1 本课题主要研究内容
        1.5.2 本课题的目的和意义
第二章 动态特性测试实验及工艺参数对浸渍效果的影响
    2.1 引言
    2.2 实验准备
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验设备
        2.2.3 表征方法
        2.2.4 纤维含量的连续采集
    2.3 实验方案
        2.3.1 工艺与方案设计
        2.3.2 相关参数的测定
    2.4 结果分析与讨论
        2.4.1 浸渍程度模型的分析
        2.4.2 牵引速度对浸渍程度的影响
        2.4.3 喂料量对浸渍程度的影响
        2.4.4 张力对浸渍程度的影响
    2.5 本章小结
第三章 浸渍系统的动态特性建模与分析
    3.1 LFT浸渍系统动态特性分析
    3.2 状态空间子空间系统辨识理论(N4SID)
    3.3 基于MATLAB的子空间系统辨识方法
        3.3.1 LFT浸渍系统输入输出数据采集
        3.3.2 系统辨识与建模过程
        3.3.3 模型的结构与验证
        3.3.4 模型的可控可观性分析
    3.4 状态空间模型的应用
    3.5 本章小结
第四章 长纤增强复合材料浸渍控制系统的开发与调试
    4.1 引言
    4.2 LFT造粒生产线自动化设计思路
    4.3 系统硬件组成
    4.4 S7-300 PLC硬件组态
    4.5 PLC通信组态
        4.5.1 Profibus和Modbus通信
        4.5.2 通讯协议网关转换在控制系统中的应用
        4.5.3 通讯参数设置
    4.6 软件编程
        4.6.1 S7-300 PLC的编程
        4.6.2 自动同步升温控制
        4.6.3 喂料量与牵引速度的比值控制
        4.6.4 手动/自动无扰动切换
        4.6.5 程序组合设计
    4.7 上位机WinCC软件的编程
        4.7.1 主界面设计
        4.7.2 控制界面设计
        4.7.3 趋势界面设计
        4.7.4 报警界面设计
    4.8 触摸屏程序设计
    4.9 本章总结
第五章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 不足与展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件



本文编号：3988773