摘要
绕圈绕制是变压器制造的核心工序，变压器绝缘性能由线圈层间绝缘层的绕制品质决定，为了保证变压器绝缘性能，提高生产效率，需要保证绝缘层均匀的绕制张力。传统变压器绝缘层绕制需要人工操作，绕制过程中的张力控制依赖于工人的工作经验和熟练程度，导致变压器生产过程中绝缘层绕制效率低下，产品质量一致性较难保证。本文针对芯式变压器绝缘层自动绕制张力控制的需求，利用细条状绝缘带连续缠绕代替宽条状绝缘层覆盖的思路，进行张力控制系统设计。 首先，本文通过分析张力控制方式及主从轴运动特性，设计了张力控制机械结构。研究了绝缘层绕制过程动态特性，分析了开卷与收卷部分的辊直径、惯量的时变特征以及张力波动原因，并建立了动力学模型。并在开卷部分增加Dancer机械结构进行张力突变的缓冲，研究了Dancer机构惯量以及上下游跨距长度对其谐振频率以及响应性能的影响。 其次，设计以BeckHoff工业PC为核心控制器，交流伺服电机为执行元件，位移传感器为反馈单元的闭环张力控制方案。为改进常规PID算法进行张力控制时精度不足的问题，将变论域模糊控制理论与PID算法相结合进行张力控制系统设计，依据系统动态特性，科学量化论域、选取隶属度函数，基于张力控制理论以及专家经验，合理建立模糊规则库、设计伸缩因子，并通过仿真验证控制系统稳定性以及响应性能。能够实现控制系统依据误差以及误差变化实时调节控制参数的目标，同时满足变压器绝缘层绕制张力精确控制需求。 最后，依据绕制工艺流程，进行下位机运动程序的设计，实现主从轴协调运动;依据变压器生产要求，进行上位机人机交互界面开发，实现工艺参数设计、智能优化，以及系统状态监控。并通过实验平台检验所设计控制系统对椭圆形变压器绝缘层绕制过程中张力控制的精度以及张力波动的削弱作用。
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