[发明专利]一种不规则超导磁体线圈绕线控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种不规则超导磁体线圈绕线控制装置，包括控制系统以及与控制系统连接的收放卷系统、检测系统、换层移动平台、压线装置和人机界面，还公开了其控制方法，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；该控制装置提供的特殊恒张力控制方法，可提高特殊形状特殊材料线圈绕制的成功率。

技术领域

本发明涉及一种不规则线圈的绕线控制装置及方法，用于特殊形状的恒张力磁体线圈绕线控制，如超导磁体的绕线控制领域等。

背景技术

超导线材是一种扁平带状结构的脆性材料，折损后无法恢复原态，将影响整个磁体的性能指标，因此，超导磁体线圈绕制过程中线材的弯曲半径不能太小。同时，绕制过程中线材上的张力必须合适并保持恒定。张力过大可能导致线材内部受损，甚至出现断裂；张力过小会导致线圈紧密贴合度不高，也可能出现堆积折损，从而降低磁体的整体导流和导热性能。

作为超导装备的核心部件，超导磁体绕制质量的好坏直接影响超导装备的整体性能指标和使用寿命。超导磁体特殊的工作环境(低温、强磁场)和超导线材的特殊性决定了超导磁体线圈绕制工艺的特殊性，对线圈绕制过程中的张力控制和线圈贴合紧密度指标要求非常高。

目前，国内外在超导磁体线圈绕制控制方法方面的研究相对较少。2012年，中船重工集团公司第七二五研究所提出了“一种恒张力无损超导绕线装置及绕线方法”，其采用卧式安装的绕线装置，通过放线盘主轴的扭矩换算得到张力。该方式检测出的张力误差较大，张力控制精度不高，从而影响磁体线圈的匝间贴合紧密度。

市场上主流的恒张力控制绕线设备，均主要用于控制规则形状(如圆形，转动一圈的半径固定)的磁体线圈绕制，无法满足跑道型(转动一圈的半径变化较大)等特殊形状磁体线圈绕制的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种不规则超导磁体线圈绕线控制装置及方法，可有效解决特殊形状超导磁体线圈绕制过程中遇到的问题。

为达到上述技术目的，本发明提供一种不规则超导磁体线圈绕线控制装置，包括控制系统以及与控制系统连接的收放卷系统、检测系统、换层移动平台和压线装置；所述的控制系统作为绕线装置的控制核心，主要负责数值计算与恒张力控制算法的实现等功能，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，实现超导线在绕制的过程中导线与导线间松紧度恒定；所述的收放卷系统包括放卷装置、导线轮和收卷装置，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；所述的压线装置由压线控制器、两轴步进电机驱动器和两轴步进电机等组成，压线控制器控制步进电机驱动器驱动两轴步进电机实现压线功能；所述的控制系统上还连接有人机界面，用于接收操作人员控制指令和参数设置，并显示装置运行数据。

本发明还提供一种上述绕线控制装置的绕线控制方法，主要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。

进一步，绕制跑道型超导磁体线圈时，包括如下步骤：通过保持收放卷系统的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放卷系统的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；保持压线装置作用于线材的压力恒定：压线装置通过规划线材与特殊型线圈的接触点运动轨迹，同时对压线装置的驱动转矩进行PID闭环控制，保证压线装置作用于线材的压力恒定。