风电叶片模具多点电加热控制算法研究与系统开发

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树脂固化是风电叶片制造过程中核心环节,该过程中对模具型腔的温度控制效果与产品成型质量密切相关。在风电叶片大型化的发展背景下,电阻丝固化成型加热方式凭借加热效率高、易于控制等优势,逐渐取代传统水循环加热,成为了主流加热方式。但是,由于模具加热区域划分较多,导致区域间温度控制难度大且加热过程受外界干扰影响较为严重,难以达到预期控制效果。为解决这一问题,本文对风电叶片电加热模具加热过程进行了深入研究。在单区域控温方面,提出基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的串级PID温度控制算法;在多区域同步控温方面,提出基于相邻交叉耦合的多区温度同步控制算法,并开发了一套风电叶片模具多点电加热温度控制系统,本文具体研究内容如下:首先,根据风电叶片固化工艺及控制要求,提出了风电叶片模具多点电加热温度控制方案。控制系统以ATmega128单片机为主控芯片,开发了加热区域温度控制硬件电路并编写协议及数据采集控制程序。然后,为了增强系统的抗干扰能力,设计了风电叶片模具串级PID温度控制系统;针对常规串级PID控制参数整定效果差的问题,将神经网络控制理论与串级PID控制技术相结合,开发了基于径向基神经网络的叶片模温串级PID控制算法。利用RBF神经网络结构对串级PID控制系统主回路进行优化,通过输出Jacobian信息进行系统辨识,进而实现对控制器参数的自适应整定。仿真结果表明,串级PID控制算法提高了系统加热过程的动态性能,经神经网络优化后的算法能够较好地实现对目标信号的跟踪,具有较强的适应性和鲁棒性。其次,针对风电叶片模具区域划分较多、存在区域温度耦合现象的问题,引入相邻交叉耦合结构,设计了风电叶片模具多区域温度同步控制算法。试验表明,该算法不仅具有良好的同步控制精度,而且收敛速度快,最大同步误差控制在±1℃,完全满足风电叶片温度均匀性要求。最后,搭建一套大型风电叶片模具电加热试验平台。基于C#编程方法,结合SQL Server 2014数据库管理技术,开发了风电叶片模具电加热上位机监控界面,对本文提出的控制算法进行现场有效性测试,结果表明,该算法控制下的系统具有响应速度快、超调量小、抗干扰能力强的优点,单区域温度误差控制在±0.5℃,完全满足风电叶片固化工艺要求。
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