一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機械【技術領域】，具體涉及一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法。該方法可求出當葉片以旋轉中心旋轉δ時，左支撐板、右支撐板和中支撐板跟隨葉片支撐截面運動到相應位置，從而實現(xiàn)葉片成型中的自動化控制。方法包括左支撐板和右支撐板的控制方法和中支撐板的控制方法兩個部分。本發(fā)明是研制大型風電葉片纏繞成型設備的關鍵技術，該方法可推廣到直升機螺旋槳葉片、車銑復合加工中心等非回轉體弱剛性件成型過程中輔助支撐機構的運動控制。
【專利說明】—種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控
制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械【技術領域】，具體涉及一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法。
【背景技術】
[0002]復合材料能夠通過各個組成材料在性能上的相互協(xié)同作用，得到單一材料所無法比擬的優(yōu)越綜合性能。因其重量輕、強度高、耐腐蝕、抗疲勞性能好、抗震性好等優(yōu)點在風電葉片中被普遍采用。目前風機葉片的復合材料成型工藝主要分為開模成型和閉模成型，但兩種成型工藝都具有一定的缺陷，不能滿足科學研究和現(xiàn)代化快速生產的需要，從而提出了一種鋪纏結合的葉片成型方式。在葉片鋪纏成型中，葉片芯模在成型設備主軸的帶動下圍繞旋轉中心轉動，鋪絲頭做相應的鋪纏運動。在鋪纏成型時，芯模兩端裝夾在主軸上，由于芯模軸向距離一般為徑向距離的10倍以上，自身剛性很差因此極易產生彎曲變形，甚至在成型過程中發(fā)生斷裂。為了提高芯模成型時的剛性，需要在其中部安裝輔助支撐裝置。但傳統(tǒng)的輔助支撐結構一般需要人工調整，調整過程費時，而且調整后支撐的姿態(tài)固定不動，只適用于回轉體工件，對于葉片這種非回轉體零件并不適用。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)在技術中的問題，提供一種在大型風機葉片纏繞成型過程中，當采用“V”型支撐方式時，支撐板對風機葉片實時跟隨的方法。該方法簡單易行，在工業(yè)現(xiàn)場利用IPC快速、精準的計算出支撐板隨動角度，實現(xiàn)支撐運動控制聯(lián)動。
[0004]本發(fā)明的技術思路為:
[0005]包含如下步驟:①通過葉片三維模型，獲取葉片支撐截面外形輪廓曲線；②確定葉片纏繞成型時的旋轉中心，將葉片輪廓曲線以一定的形式保存；③根據(jù)DXF文件存儲格式獲取葉片輪廓點坐標；④選擇支撐起始點對葉片輪廓中的凸凹曲面進行分析；⑥根據(jù)“V”型支撐板的長度選擇實時支撐方式，計算實時支撐板擺動角度；⑦將計算出的支撐板擺動角度輸出給下位機，實現(xiàn)支撐板的擺動，實現(xiàn)支撐板對葉片的運動控制聯(lián)動。
[0006]本發(fā)明采用以下具體技術方案予以實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明是一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，該控制方法采用上位機與下位機相結合的控制方式。所述中部支撐裝置包括左支撐板、右支撐板和中支撐板。所述上位機為工業(yè)計算機，其作用是通過運行支撐軌跡計算程序獲得支撐板的運動軌跡數(shù)據(jù)，即葉片旋轉到每一時刻時支撐板相應的擺動位置。同時，上位機將所得到的數(shù)據(jù)在葉片開始旋轉前傳輸給下位機。所述下位機采用翠歐209多軸運動控制器，其作用是將上位機接收來的支撐板運動軌跡數(shù)據(jù)保存到內存中，當葉片開始旋轉，運動控制器實時讀取葉片所旋轉角度，同時在內存中找到與該角度所對應的支撐板運動位置控制支撐板運動，從而實現(xiàn)控制支撐板對葉片的跟隨擺動。[0008]所述上位機所運行的支撐軌跡計算程序利用Microsoft Visual C++6.0編程軟件編寫，所述支撐軌跡計算程序運行時軌跡的計算方法為是，當葉片以葉片旋轉中心旋轉角度為δ時，左支撐板、右支撐板和中支撐板跟隨葉片支撐截面運動到與葉片相貼合的位置，所述葉片旋轉中心位于左支撐板和右支撐板的支撐板擺動中心的正上方，葉片旋轉中心到擺動中心的距離為W，整個運動控制方法中葉片位置固定不動，支撐板擺動中心以葉片旋轉中心為圓心，做半徑為W的圓周運動,左支撐板和右支撐板的桿長為L。
[0009]所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，它包括以下具體步驟:
[0010]一、所述左支撐板和右支撐板的擺動角度計算方法相同，具體為:
[0011](I)讀取葉片輪廓點坐標，在算法中虛擬建立坐標系
[0012]通過葉片芯模三維模型截取芯模支撐截面輪廓圖，以及對應的旋轉中心，并將葉片芯模支撐截面輪廓曲線以二維多段線形式保存在DXF文件中，根據(jù)DXF文件的數(shù)據(jù)格式特征編寫程序代碼，提取葉片支撐截面DXF文件數(shù)據(jù)，得到葉片截面旋轉中心點坐標O(x0, y0),以順時針旋轉方向順序依次保存葉片輪廓頂點坐標P(xPi，yPi)，其中i為葉片輪廓點坐標序號，假設葉片輪廓點個數(shù)為S，則i取值1，2，3-S；
[0013](2)求葉尖坐標PTip
[0014]葉片葉尖點距旋轉中心最遠，Dpi= I OPi |，其中i=l，2，3…S，當Dpi取最大值Dmax時，(xPi, yPi)為葉片尖點坐#PTip(xTip，yTip)。重新將作PTiP(xTiP，yTiP)為葉片輪廓數(shù)據(jù)起始點順時針方向保存各個坐標點，即PTip=Pl，*.., Ρχ=Ρχ?ρ-!；
[0015](3)確定支撐板擺動中心起始位置M1 (Xnil, yml)
[0016]利用步驟(2 )中的葉片尖點坐標PTip，選取當葉尖豎直向上時作為葉片旋轉的起始位置，此時支撐板擺動中心M1、葉尖PTip和旋轉中心O位于同一直線，且M1位于擺動中心圓上，建立方程求出直線與圓的交點坐標，計算交點到葉片尖點距離，選取最大值時的交點，作為支撐板擺動中心起始點坐標M1 (xml, yml)；
[0017](4)求支撐板與葉片起始切點Pm
[0018]使用步驟(3)中求得的的支撐板擺動中心起始點坐標M1 (xml, yml),當M1Pi與葉片輪廓只存在Pi —個交點時，將此時的Pi為支撐板與葉片的起始切點，求出點Pm(xpm，yPm)為支撐起與芯模的起始切點；
[0019](5)葉片輪廓曲線中的凹曲面的剔除
[0020]方法是以點Pm為起始點，連接PmPm+z，通過判斷直線PmPm+z與葉片輪廓線是否相交，若相交則將pm+1移動到pm+2位置繼續(xù)判斷，直到不再相交，則Pm+Z為下一支撐點，求出點Pn(Xpn，yPn)作為下一個葉片切點坐標，根據(jù)直線PmPn與支撐軌跡圓求出支撐中心M2達到下一個支撐點時的坐標位置，得到直線與圓的交點坐標(Xl，yi)，(x2，y2)，計算交點到支撐旋轉中心點距離Di, (i=l, 2),選取最小值時的交點，作為支撐板擺動中心下一點坐標皿2 (Χπι2，Υπ?);
[0021](6)計算擺動中心運動的夾角α
[0022]利用步驟(5)求出的新擺動中心點M2(xm2，ym2)，根據(jù)余弦定理，已知三點坐標計算擺桿由坐標Ml(Xml，yml)運動到新擺動中心M2(xm2，ym2)過程中葉片需要轉動的角度α，即Z M2OM1 ；[0023](7)判斷支撐方式
[0024]以支撐板擺動中心M1 (xffll, yffll)與支撐點Pm的距離Dl進行支撐方式的選擇:
[0025]
【權利要求】
1.一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是該控制方法采用上位機與下位機相結合的控制方式，所述中部支撐裝置包括左支撐板(I)、右支撐板(2)和中支撐板(3);所述上位機為工業(yè)計算機，其作用是通過運行支撐軌跡計算程序獲得支撐板的運動軌跡數(shù)據(jù)，即葉片旋轉到每一時刻時支撐板相應的擺動位置，同時，上位機將所得到的數(shù)據(jù)在葉片開始旋轉前傳輸給下位機，所述下位機采用翠歐209多軸運動控制器，其作用是將上位機接收來的支撐板運動軌跡數(shù)據(jù)保存到內存中，當葉片開始旋轉，運動控制器實時讀取葉片所旋轉角度，同時在內存中找到與該角度所對應的支撐板運動位置控制支撐板運動，從而實現(xiàn)控制支撐板對葉片的跟隨擺動。
2.如權利要求1所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是，所述上位機所運行的支撐軌跡計算程序利用Microsoft Visual C++6.0編程軟件編寫，所述支撐軌跡計算程序運行時軌跡的計算方法為是，當葉片(4)以葉片旋轉中心(5)旋轉角度為δ時，左支撐板(I)、右支撐板(2)和中支撐板(3)跟隨葉片⑷支撐截面運動到與葉片相貼合的位置，所述葉片旋轉中心(5)位于左支撐板(I)和右支撐板(2)的支撐板擺動中心(6)的正上方，葉片旋轉中心(5)到擺動中心(6)的距離為W，整個支撐軌跡計算算法中葉片(4)位置固定不動，支撐板擺動中心￠)以葉片旋轉中心(5)為圓心，做半徑為W的圓周運動，左支撐板(I)和右支撐板(2)的桿長為L。
3.如權利要求1所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是，它包括以下具體步驟: 所述左支撐板(I)和右支撐板(2)的擺動角度計算方法相同，具體為: (1)讀取葉片輪廓點坐標，在算法中虛擬建立坐標系 通過葉片芯模三維模型截取芯模支撐截面輪廓圖，以及對應的旋轉中心，并將葉片芯模支撐截面輪廓曲線以二維多段線形式保存在DXF文件中，根據(jù)DXF文件的數(shù)據(jù)格式特征編寫程序代碼，提取葉片支撐截面DXF文件數(shù)據(jù)，得到葉片截面旋轉中心點坐標O(X(l，y0),以順時針旋轉方向順序依次保存葉片輪廓頂點坐標P(xPi, yPi)，其中i為葉片輪廓點坐標序號，假設葉片輪廓點個數(shù)為S，則i取值1，2，3-S； (2)求葉尖坐標PTip 葉片葉尖點距旋轉中心最遠，Dpi=IOPi |，其中i=l，2，3?"S，當Dpi取最大值Dmax時，(xPi, yPi)為葉片尖點坐#PTip(xTip，yTip)。重新將作PTiP(xTiP，yTiP)為葉片輪廓數(shù)據(jù)起始點順時針方向保存各個坐標點，即PTip=Pl，*.., Ρχ Ρχ?ρ-!； (3)確定支撐板擺動中心起始位置M1(xml, yml) 利用步驟(2)中的葉片尖點坐標PTip，選取當葉尖豎直向上時作為葉片旋轉的起始位置，此時支撐板擺動中心札、葉尖PTip和旋轉中心O位于同一直線，且M1位于擺動中心圓上，建立方程求出直線與圓的交點坐標，計算交點到葉片尖點距離，選取最大值時的交點，作為支撐板擺動中心起始點坐標M1 (xml, yml)； (4)求支撐板與葉片起始切點Pm 使用步驟(3)中求得的的支撐板擺動中心起始點坐標M1 (xml, yml),當M1Pi與葉片輪廓只存在Pi —個交點時，將此時的Pi為支撐板與葉片的起始切點，求出點Pm(xPm，yPm)為支撐起與芯模的起始切點； (5)葉片輪廓曲線中的凹曲面的剔除方法是以點Pm為起始點，連接pmpm+z，通過判斷直線pmpm+z與葉片輪廓線是否相交，若相交則將pm+1移動到pm+2位置繼續(xù)判斷，直到不再相交，則Pm+Z為下一支撐點，求出點Pn(xpn, ypn)作為下一個葉片切點坐標，根據(jù)直線PmPn與支撐軌跡圓求出支撐中心M2達到下一個支撐點時的坐標位置，得到直線與圓的交點坐標(Xl，yi)，(x2，y2)，計算交點到支撐旋轉中心點距離Di, (i=l, 2),選取最小值時的交點，作為支撐板擺動中心下一點坐標M2 (Χπι2，Υπ?); (6)計算擺動中心運動的夾角α 利用步驟(5)求出的新擺動中心點M2 (xffl2, yffl2)，根據(jù)余弦定理，已知三點坐標計算擺桿由坐SM1(X1,yml)運動到新擺動中心M2(xm2，ym2)過程中葉片需要轉動的角度α，即Z M2OM1 ； (7)判斷支撐方式 以支撐板擺動中心M1 (xffll, yffll)與支撐點Pm的距離,進行支撐方式的選擇:
4.如權利要求3所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是，所述旋轉角度δ為一個變量，它決定了算法的精度，同時也決定了控制精度，通過所述算法編寫的程序計算得到的是葉片旋轉任意角度時，左、右支撐板以豎直方向為起點，分別遠離葉片方向所需要擺動的角度值，中支撐板運動的高度為豎直方向上遠離旋轉中心5的值，三個支撐板計算得到的數(shù)據(jù)個數(shù)均為360/ δ個。
5.如權利要求1至4擇一所述的一種用于大型風電葉片成型過程中中部支撐裝置的運動控制方法，其特征是，所述中部支撐裝置為專利申請?zhí)枮?01310373101.9、發(fā)明名稱為“一種用于大型風機葉片成 型過程中的中部支撐裝置”的專利申請中所述的裝置。
【文檔編號】B29C70/54GK103448261SQ201310421948
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2013年9月16日
【發(fā)明者】楊光, 岳彥芳, 常宏杰, 辛志博 申請人:河北科技大學