基于改进遗传算法的纤维张力模糊控制研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250228.008

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (2): 54-61.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250228.008

基于改进遗传算法的纤维张力模糊控制研究

闫珊¹, 付天宇^1*, 许家忠², 史新民¹

1.常州信息职业技术学院智能装备学院,常州 213164;
2.哈尔滨理工大学自动化学院,哈尔滨 150006

收稿日期:2023-10-23 出版日期:2025-02-28 发布日期:2025-03-25
通讯作者: 付天宇(1991—),男,博士,讲师,研究方向为热固和热塑性碳纤维复合材料成型及材料表面修复,827263230@qq.com。
作者简介:闫珊(1991—),女,硕士,讲师,研究方向为自动控制及复合材料成型。
基金资助:
国家自然科学基金(52303031);碳纤维压力容器成型技术研究实验室(KYPT202203Z)

Fiber tension fuzzy control research based on improved genetic algorithm

YAN Shan¹, FU Tianyu^1*, XU Jiazhong², SHI Xinmin¹

1. Department of Intelligent Equipment, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China;
2. School of Automation, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150006, China

Received:2023-10-23 Online:2025-02-28 Published:2025-03-25

摘要/Abstract

摘要： 玻璃纤维缠绕是复合材料制造的主要工艺,放卷张力控制的精度将直接影响缠绕成型产品的质量。为了达到纤维恒张力缠绕的要求,针对纤维缠绕过程中张力控制存在多扰动、时变、非线性等问题,通过建立放卷侧力矩平衡方程,分析卷径、加速度等因素对张力动态性能的影响,基于改进遗传算法的模糊PID控制策略,优化控制参数。通过模拟计算结果可以看出,优化后的模糊PID控制器能显著减小张力的超调量,有效抑制速度扰动时的张力波动,对参数的变化具有较好的鲁棒性。并通过实验验证了优化后的模糊PID控制器在张力控制系统中的可行性。

关键词: 纤维缠绕, 张力控制, 遗传算法, 模糊控制, PID, 复合材料

Abstract: Fiber winding is the key process in composite material manufacturing, and the precision of tension control during unwinding directly affects the quality of the wound products. To meet the requirement of constant tension during fiber winding, this paper addresses the challenges of disturbances, time-varying behavior, and non-linearity in tension control during the winding process. By establishing a torque balance equation on the unwinding side and analyzing the influence of factors such as yarn path and acceleration on tension dynamics, this paper proposes a fuzzy PID control strategy based on an improved genetic algorithm to optimize control parameters. Simulation results show that the optimized fuzzy PID controller significantly reduces tension overshoot, effectively suppresses tension fluctuations during speed disturbances, and demonstrates good robustness to parameter variations. Experimental validation confirms the feasibility of the optimized fuzzy PID controller in the tension control system.

Key words: fiber winding, tension control, genetic algorithm, fuzzy control, PID, composites

中图分类号:

TB332

闫珊, 付天宇, 许家忠, 史新民. 基于改进遗传算法的纤维张力模糊控制研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(2): 54-61.

YAN Shan, FU Tianyu, XU Jiazhong, SHI Xinmin. Fiber tension fuzzy control research based on improved genetic algorithm[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(2): 54-61.

参考文献

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Fiber tension fuzzy control research based on improved genetic algorithm

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