锂电池叠片机张力与纠偏控制技术研究--《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文
锂电池叠片机张力与纠偏控制技术研究
【摘要】：随着新能源汽车以及数码产品的不断发展,便携式充电设备和大容量的充电电池已经成为未来发展趋势,锂离子电池具有能量存储密度高和使用寿命长等特点,这使其成为了电池中的主流。锂离子电池加工工艺主要分为三种:卷绕工艺、叠片工艺、切片工艺。研究发现:卷绕工艺的锂电池生产效率高,但电池各方面性能都一般;叠片工艺的锂电池加工工艺复杂,导致生产效率不高,但电池各方面性能都很好;切片工艺的锂电池性能与叠片锂电池性能基本一样,但加工工艺比叠片锂电池复杂很多,因此很少被使用。随着自动化技术的发展,叠片锂电池必将成为锂电池的主流,张力控制是锂电池叠片工艺中最关键的技术,张力过大时隔离膜容易产生变形甚至扯断,张力过小时隔离膜容易出现褶皱、回缩,导致叠片时隔离膜叠偏,这种锂电池在使用过程中容易爆炸。本论文提出了一种新的主动连续放卷技术以及主从同步控制技术,与以往的被动放卷技术相比,实现了高速连续主动放卷,同时在叠片机间歇性往复叠片过程中控制锂电池叠片机系统张力处于稳定状态。主要结合锂电池叠片机的工作原理,建立锂电池叠片机的隔离膜张力控制数学模型,设计张力控制系统和纠偏控制系统的控制策略,建立了直线电机动力学数学模型和旋转电机动力学数学模型,采用最小二乘参数辨识方法对直线电机和旋转电机数学模型进行参数辨识,同时结合非对称S曲线轨迹规划方法对直线电机运行轨迹进行规划。在解决锂电池叠片机系统隔离膜纠偏问题上,放弃市面上常用的蛇形纠偏器,采用控制导料板前后运动实现快速纠偏的方案,并研制了自适应模糊控制算法减小纠偏误差。结合数学模型、控制策略和控制算法对系统进行Matlab仿真验证,仿真结果表明系统的设计具有可行性。为此搭建实验平台,结合经典PID控制算法实现隔离膜变速主动放卷,在实验初期遇到直线电机跟随误差大,导致系统数学模型不准确的问题,为此引入前馈控制算法和预测控制算法,并取得了良好的实验效果。本研究将锂电池叠片机叠片周期从1.1s/pec提高到了0.55s/pec,并且系统张力控制非常稳定,隔离膜对齐度达到±0.15mm,CPK指标达到2.936,远远超过了现有的技术水平。最终的实验结果表明,本研究设计的锂电池叠片机张力控制系统和纠偏控制系统可行性高,隔离膜对齐度也完全满足市场需求。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2017【分类号】：TP273;TM912
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400-819-9993MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究--《华中科技大学》2011年博士论文
MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究
【摘要】：在现代海战中,随着空中威胁目标的快速发展,水下航行器的生存面临着越来越大的挑战,在两者的对抗中形成了“空优潜劣”的格局。为了打破这种格局,世界各国都在大力研制潜空武器系统。而我国拥有辽阔的海疆,水下航行器是保卫海疆不可缺少的“卫士”。若要在未来海战中进行有效的对敌防御和攻击就必须拥有有效的潜空探测系统。这对于保证国防安全、人民生命财产的安全,具有重要的意义。
本论文根据国家863项目的要求,主要对水空探测系统中的MOEMS声传感技术及海空背景下空中低频声源在空中和海水中的传播特性进行了研究。本论文的主要研究内容如下：
(1)对MOEMS低频声传感头部进行了详细的设计和仿真：结合法布里-珀罗干涉仪的基本原理,对MOEMS低频声传感器头部腔体的传输损耗、腔长、反射率进行了详细的设计和仿真；对凸台式微机械敏感薄膜的形变理论以及与优化声学特性相关的声辐射阻抗特性进行了详细的推导、仿真和讨论,在此基础上对微机械敏感薄膜进行了详细设计；结合设计系统设计要求,详细设计了低频声传感探测头,进行了总体的仿真；
(2)对MOEMS低频声传感器头部进行了制作：针对微机械敏感薄膜的厚度很薄,在制作过程中极易损坏的技术难点,设计了使用湿法腐蚀的方法来形成薄膜的技术方案；采用微机械加工工艺制作了微机械敏感薄膜,并对工艺中存在的问题,如裂纹、切片、不均匀性等存在的问题进行了分析,指出了改进方向；在对封装损耗中出现的轴向失配、角向失配和间隙失配进行分析和仿真的基础上,用毛细玻璃管、准直器和微机械敏感薄膜对低频MOEMS声传感头部进行了封装,制作了MOEMS低频声传感器的样品；通过与以色列的FOM声传感器进行对比试验,我们研制的MOEMS低频声传感器的灵敏度为50mV/Pa;
(3)由于研究对象是空中低频声源在海空背景下的传播,本文采用了快速场算法对低频声源的传播特性进行研究。论文对基于传播矩阵的快速场算法进行了推导。并通过理论计算方法对快速场算法中的核函数以及传播损耗进行了比较验证,证明了基于传播矩阵的快速场算法的正确性；对快速场算法中频率与采样点的关系进行了仿真和比较,得出对于较高频率的声源,使用快速场算法时采需要更多的样点的结论;
(4)论文对影响声传播的海洋温度、盐度、深度等海洋声学特性进行了详细论述,在此基础上对海空背景下,空中低频声源在等速浅海环境下空中和水下传播的特性,以及声源高度、传播衰减系数对传播特性的影响；对声速为正／负梯度浅海模型、典型变声速深海模型中的水下声传播特性进行了仿真,得出了低频声源在水下水平方向和垂直方向上的一些传播特性的结论,并从理论上对仿真结果和得出的结论进行了解释；
(5)通过消声水池对半无限空间进行模拟,在消声水池中对不变声速的半无限空间环境的空中低频声源(100Hz的脉冲声波)的水下声传播特性进行了模拟实验,实验结果较好的验证了中远场仿真模型的预测；由于模型中忽略了侧面波的影响,实验中在近场的实测结果与仿真结果有偏差。
综上所述,本论文对水空探测系统中低频声探测浮标的关键器件进行了设计和试制,从实践上证明了基于非本征法布里-珀罗干涉仪结构的MOEMS低频声传感器的设计方案能够对低频信号进行探测,为低频声探测浮标的进一步研制奠定了理论和实践的基础。本文又通过对海空背景下空中低频声源在空中和海水中的传播特性的进行的仿真研究,以及在消声水池里进行的实验研究,从理论和实验上为水空探测系统中声阵列的布阵、声探测提供了理论依据。
【学位授予单位】：华中科技大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：TP212
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