[发明专利]一种不规则超导磁体线圈绕线控制装置及方法

权利要求书

1.一种不规则超导磁体线圈绕线控制方法，基于包括控制系统（1）以及与控制系统（1）连接的收放卷系统（2）、检测系统（3）、换层移动平台（4）和压线装置（5）的绕线控制装置，其特征在于，所述的控制系统（1）完成数值计算和恒张力控制算法的实现，调整收放线系统的运行参数，同时根据控制算法控制压线装置（5），实现超导线材在绕制的过程中导线与导线间松紧度恒定；所述的收放卷系统（2）包括放卷装置和收卷装置，所述的放卷装置由放卷伺服驱动器、放卷伺服电机、减速机和超导线材放线盘组成，放卷伺服驱动器驱动放卷伺服电机进行超导线材放卷；所述的收卷装置由收卷伺服驱动器、收卷伺服电机和减速机组成，收卷伺服驱动器驱动收卷伺服电机进行超导线材收卷；所述的检测系统（3）包括张力传感器和张力变送器，用于采集超导线材张力，并将张力变换为电压信号传送给控制系统（1）进行计算处理，同时实时检测被绕制线缆的张力；所述的换层移动平台（4）由换层移动平台驱动器和换层移动平台步进电机组成；所述的压线装置（5）由压线控制器、两轴步进电机驱动器和两轴步进电机组成，压线控制器控制两轴步进电机驱动器驱动两轴步进电机实现压线功能；所述的控制系统（1）上还连接有人机界面（6），用于控制指令和参数设置，并显示装置运行数据，通过保持线圈绕制过程中线材收卷速度与放卷速度的差值相对恒定和压线装置（5）作用于绕制线材的压力恒定，实现对超导线圈绕制过程中线材张力和线圈贴合紧密度的控制，绕制跑道型超导磁体线圈时，包括如下步骤：

保持放卷伺服电机转速不变，对超导线材张力进行PID闭环调节，输出控制量实时调整收卷伺服电机的转速，实现线圈绕制过程中线材收卷速度与放卷速度的差值相对恒定；

压线装置（5）通过规划线材与跑道型超导磁体线圈的接触点运动轨迹，同时对压线控制器的驱动转矩进行PID闭环控制，保证作用于线材的压力恒定；

通过人机界面（6）向控制系统（1）设置合适的放卷速度和超导线材张力，控制系统（1）通过控制放卷伺服电机转速不变，对检测系统（3）采集的超导线材实际张力与张力设定值进行PID闭环调节，输出控制量实时调整收卷伺服电机的转速；

控制量为正值时，逐渐增大收卷伺服电机转速；控制量为负值时，逐渐减小收卷伺服电机转速；保证增大/减小程度与控制量大小成正比，从而保持超导磁体线圈绕制过程中线材收卷速度与放卷速度的差值相对恒定，实现线圈绕制过程中的恒张力控制；

压线装置（5）根据跑道型超导磁体线圈的几何学特征和动力学方程，计算超导线材与跑道型超导磁体的接触点运动轨迹，描绘控制轨迹轮廓线，并将其轨迹在XOY平面内进行XY分解，得到压线装置（5）在X，Y轴的近似轨迹，同时对压线装置（5）的驱动转矩进行PID闭环控制，以保证作用于超导线材的压力恒定，实现超导磁体线圈绕制过程中贴合紧密度保持一致的控制要求。

2.根据权利要求1所述的一种不规则超导磁体线圈绕线控制方法，其特征在于，进一步的步骤为

51，根据如下公式计算线圈绕制过程中放卷和收卷的速度差引起线材形变而产生的线材张力：，式中V₁为放卷速度，V₂为收卷速度，K_T为线材弹性系数；

52，根据如下公式计算放卷伺服电机带动线材放线盘转动时放卷速度V₁与放卷伺服电机转速n₁的关系：，式中D₁为线材放线盘的直径；

53，对于跑道型超导磁体线圈，超导磁体的收卷速度V₂与收卷伺服电机转速n₂的关系：，式中，D₂为超导磁体线圈与线材接触点到圆心的距离；

54，当超导磁体线圈与线材接触点处于圆弧段时，半径为OA，在三角形O₁O₂A中，O₁O₂=L，O₂A=R，，近似为收卷伺服电机转过的角度，则根据余弦定理得到；

55，当超导磁体线圈与线材接触点处于直线段时，将直线段近似细分为非常小段的圆弧，半径为O₁C，O₁D=R，则，近似为收卷伺服电机转过的角度；

56，线圈绕线过程中，每绕一圈半径增加线材厚度d₁，则半径为，式中，N为线材绕制圈数。