專利名稱：：自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種自動鋪放成型中紅外加熱溫度控制方法，特別涉及到纖維纏繞、自動鋪絲、自動鋪帶等復(fù)合材料的自動化成型工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：復(fù)合材料自動化成型技術(shù)包括纖維纏繞、自動鋪帶、自動鋪絲技術(shù)。溫度是復(fù)合材料自動化成型技術(shù)中一個重要的工藝參數(shù)，對復(fù)合材料制品質(zhì)量產(chǎn)生了重要的影響。為保證復(fù)合材料預(yù)浸料具有適于自動鋪放成型的粘性，防止屈皺和層間結(jié)合不良，需對其溫度進行精確控制。目前，國內(nèi)自行研制的復(fù)合材料自動化成型設(shè)備主要采用熱風(fēng)加熱。其主要控制出風(fēng)口溫度，具有簡單易行、出口溫度均勻的優(yōu)點，但也存在以下不足(1)系統(tǒng)熱慣性和熱量散失較大、加熱方向性弱，容易對自動化成型設(shè)備造成不良影響；(2)由于主要通過對流傳熱進行加熱，換熱效率低、加熱響應(yīng)慢、預(yù)浸料到達目標溫度需要的時間長、能耗高，不能滿足復(fù)合材料自動鋪放成型高效率的要求；(3)傳熱過程存在許多不確定性因素，不利于分析能量分配情況；控制量關(guān)系模糊，難以實現(xiàn)溫度的精確控制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法，克服熱風(fēng)加熱響應(yīng)慢、熱能利用率低、溫度控制依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)及控制律模糊等不足。本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案一種自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法，包括如下步驟步驟(一)，測定所用紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉(zhuǎn)化率，所述紅外輻射加熱器為紅外加熱燈；紅外加熱燈與盒體的傳熱平衡方程為其中，Pff紅外加熱燈的輻射功率；t時間；ai盒體內(nèi)壁表面的輻射吸收系數(shù)；k自然對流放熱系數(shù)；Tff紅外加熱燈的燈管在t時刻的溫度A在t時刻i表面的溫度；C^盒體材料的比熱容；氣盒體第i個面板的質(zhì)量S、在t時刻i表面升高的溫度；由此求得紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉(zhuǎn)化率ηι=P燈/P電(2)式中，PiR表紅外加熱燈的輸出電功率；步驟(二)，計算預(yù)浸料的蓄熱轉(zhuǎn)化效率4上式中，Q蓄代表蓄熱能，Qi=C預(yù)Hi(T-T0)；Q福代表輻射能，!代表對流擴散能，Qm=kA(T-T0)其中，Ch預(yù)浸料的比熱容；T預(yù)浸料表面的溫度；m預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域的質(zhì)量；Ttl:周圍環(huán)境的溫度；0斯忒藩_波爾茲曼常數(shù)，ο=5.669X10-8ff/m2'K4；ε預(yù)浸料的表面比輻射率；A預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域的表面積；W功率單位，瓦特；K溫度單位，開攝氏度；步驟(三)，推導(dǎo)紅外輻射加熱器與預(yù)浸料微元窄條之間的輻射角系數(shù)計算關(guān)系式根據(jù)角系數(shù)的互換性可知其中，dS2同心圓柱體外圓柱內(nèi)表面微元窄條；F^微元窄條dS2對紅外加熱燈外表面A1的輻射角系數(shù)；Γι內(nèi)圓柱半徑；r2外圓柱半徑；1圓柱長度；dF12紅外加熱燈對預(yù)浸料微元窄條之間的輻射角系數(shù)；步驟(四)，利用預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域內(nèi)的能量傳輸關(guān)系，結(jié)合式(1)、式(2)、式(3)的輻射傳遞系數(shù)，建立預(yù)浸料在動態(tài)下的溫度控制方程；所述溫度控制方程是運用微分思想將有效輻射區(qū)域劃分為若干微小區(qū)域，對預(yù)浸料在這些微小區(qū)域獲得的蓄熱能進行積分得到；①、靜止?fàn)顟B(tài)下的溫度控制方程Qi=Wia2P電2(鄴)2=CmmAT(7)-2+h2；其中，ΔT在t時間內(nèi)預(yù)浸料溫度的變化；h微元面dS2距離χ軸的長度；D預(yù)浸料距離y軸的長度；a2預(yù)浸料的輻射吸收率；H-有效輻射區(qū)域的長度’r2=設(shè)②、勻速運行下的溫度控制方程Q2=WhaIρ電fJH/2Γ^82-1W2=C預(yù)/η0ΔΓ2{nr^fν其中，Hltl單位面積預(yù)浸料質(zhì)量；V預(yù)浸料運行速度；5(8)步驟(五)，確定對預(yù)浸料加熱的目標溫度并輸入可編程控制器，通過速度傳感器采集預(yù)浸料進入有效輻射區(qū)域的速度信號，利用可編程控制器根據(jù)步驟(四)中建立的溫度控制方程進行運算、得到相應(yīng)的功率驅(qū)動信號，功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)紅外加熱燈的電功率，使預(yù)浸料溫度保持恒定。進一步地，上述自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法的步驟(三)中，紅外加熱燈與預(yù)浸料之間的輻射角系數(shù)計算是通過將二者之間的輻射等效成兩長度相等的同心圓柱的內(nèi)圓柱外表面對外圓柱內(nèi)表面的微元窄條之間的輻射。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所采用的外加熱器響應(yīng)速度快、熱效率高、輻射方向性強，能夠滿足預(yù)浸料高速、高頻變速的在線跟隨控制要求。所采用的可編程控制器信號及數(shù)據(jù)處理能力強、處理周期短，抗干擾能力好、環(huán)境適應(yīng)性強。本發(fā)明單獨分析各輻射傳遞系數(shù)，符合能量分配規(guī)律，簡化了計算，提高了精度。運用微分方法，通過角系數(shù)數(shù)學(xué)模型，解決了動態(tài)下的角系數(shù)計算問題。通過對能量傳遞過程的分析，建立了溫度控制方程，結(jié)合傳遞系數(shù)計算公式，獲得了溫度控制律。通過對比靜止及勻速運行下的溫度控制方程，發(fā)現(xiàn)兩者的輻射傳遞系數(shù)具有通用性。因此，可以在靜態(tài)測定各傳遞系數(shù)，簡單易行。圖1是本發(fā)明采用的自動鋪放成型的紅外加熱溫控系統(tǒng)的示意圖。圖2是紅外輻射加熱有效輻射區(qū)域的示意圖。圖3是兩長度相等的同心圓柱，內(nèi)圓柱外表面對外圓柱內(nèi)表面上微元窄條的輻射角系數(shù)計算模型圖。圖4是有效輻射區(qū)域內(nèi)各微分區(qū)域的紅外加熱燈紅外加熱燈對微元窄條的輻射角系數(shù)計算模型圖，它是一個側(cè)視圖。圖中標號解釋I-切割區(qū)，II-輻射加熱區(qū)，III-鋪疊區(qū)，1-速度傳感器，2-可編程控制器，3-功率調(diào)節(jié)器，4-紅外加熱燈，5-預(yù)浸料，6-有效輻射區(qū)域邊界，7-有效輻射區(qū)域，8-同心圓柱外圓柱的內(nèi)表面，9-同心圓柱內(nèi)圓柱外表面，ν-預(yù)浸料鋪放速度，1-有效輻射區(qū)域的寬度，H-有效輻射區(qū)域的長度，A2-同心圓柱外圓柱體的內(nèi)表面積，A1-同心圓柱內(nèi)圓柱體的外表面積，r「內(nèi)圓柱體半徑，r2-外圓柱體半徑，dS2-同心圓柱體外圓柱內(nèi)表面微元窄條，在圖4中即單位長度的預(yù)浸料對應(yīng)的微元面積，dS'2-相對于紅外輻射燈軸線、與dS2具有相同的輻射角的單位圓弧對應(yīng)的微元面積，h-微元面dS2距離χ軸的長度，D-預(yù)浸料距離y軸的長度。具體實施方案下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進一步的詳細描述如圖1所示，本發(fā)明采用的自動鋪放成型的紅外加熱溫控系統(tǒng)的示意圖，在對預(yù)浸料進行紅外輻射加熱的過程是在切割區(qū)按照鋪層設(shè)計對預(yù)浸料進行預(yù)先切割，然后經(jīng)過輻射加熱區(qū)使用紅外加熱燈紅外加熱燈輻射加熱，最后進入鋪疊區(qū)進行鋪疊。如圖2所示，紅外輻射加熱有效輻射區(qū)域的示意圖。其中圖中給出了紅外加熱燈的有效輻射區(qū)域邊界6，有效輻射區(qū)域7，有效輻射區(qū)域的寬度H，有效輻射區(qū)域的長度1的示意，因為本發(fā)明的所有技術(shù)方案都是圍繞輻射加熱的有效輻射區(qū)域進行的。下面結(jié)合圖3-圖4對本發(fā)明進行具體說明本發(fā)明公開的自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法，按下列五個步驟進行(1)采用試驗方法測定所用紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉(zhuǎn)化率；(2)針對所使用的復(fù)合材料預(yù)浸料，應(yīng)用試驗方法計算其蓄熱轉(zhuǎn)化效率；(3)應(yīng)用數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)紅外加熱燈紅外加熱燈與預(yù)浸料微元窄條之間的輻射角系數(shù)計算關(guān)系式；(4)分析預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域內(nèi)的能量傳輸關(guān)系，利用式(1)、(2)、(3)輻射傳遞系數(shù)，建立預(yù)浸料在動態(tài)下的溫度控制方程；(5)對于給定的預(yù)浸料目標溫度，根據(jù)速度傳感器采集到的速度信號，利用可編程控制器按照(4)中建立的溫度控制方程進行運算、獲得相應(yīng)的功率驅(qū)動信號，通過功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)紅外加熱燈紅外加熱燈的電功率，使預(yù)浸料溫度保持恒定；下面具體說明上述的每個步驟。1.電-熱輻射轉(zhuǎn)化率設(shè)計了一個與外界絕熱的盒體，將紅外加熱燈紅外加熱燈置于盒中。通過測定不同時刻各壁板的表面溫度，可以獲得一定時間內(nèi)盒體的蓄熱能。由于紅外加熱燈紅外加熱燈與盒體內(nèi)壁表面沒有接觸，兩者主要是通過輻射和對流來進行能量傳遞。紅外加熱燈向絕熱盒體內(nèi)壁輻射傳熱，經(jīng)過一定的時間后，盒體內(nèi)壁各表面溫度升高。使用溫度檢測裝置測定在同一時刻各個表面的溫度。根據(jù)能量守恒定律可以得到紅外加熱燈與盒體的傳熱平衡方程。具體計算方法如下(1)式中，Pτ紅外加熱燈的輻射功率(W)；t:時間(S);B1盒體內(nèi)壁表面的輻射吸收系數(shù)；k:自然對流放熱系數(shù)；T燈紅外加熱燈管在t時刻的溫度；Tst:在t時刻盒體i表面的溫度⑷；C盒盒體材料的比熱容；^si盒體第i個面板的質(zhì)量(g)；ΔΓδ:在t時刻i表面升高的溫度；ηι=P燈/P電(2)式中，P%紅外加熱燈輸出電功率(W)。2.預(yù)浸料蓄熱轉(zhuǎn)化效率預(yù)浸料吸收紅外加熱燈的輻射，并不是將所有的能量都轉(zhuǎn)化為蓄熱能，它與周圍的環(huán)境發(fā)生熱交換。即預(yù)浸料接受的輻射能只是一部分轉(zhuǎn)化蓄熱能，其總能量包括其蓄熱能、輻射能、對流擴散能、傳熱能四部分。由于預(yù)浸料在工作區(qū)域沒有與其他固體接觸，它主要是與空氣發(fā)生能量傳遞。并且，預(yù)浸料表面溫度不高，因此可以忽略熱對流部分的能量。因此，預(yù)浸料被輻射后的蓄熱轉(zhuǎn)化率為如下式。(3)式中，Q蓄代表蓄熱能，Qv=C預(yù)Hi(T-T0)；Qffi代表輻射能，④=σεΑ(ΤΑ-J04)；Q對代表對流擴散能，Qw=kA(T-T0)1'25；其中，C預(yù)預(yù)浸料的比熱容；T預(yù)浸料表面的溫度，單位K；m預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域的質(zhì)量；T0周圍環(huán)境的溫度，單位K；σ斯忒藩-波爾茲曼常數(shù)(σ=5.669Χ10_8W/m2·K4)；ε預(yù)浸料的表面比輻射率；A預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域的表面積，單位mm2。3.紅外加熱燈_預(yù)浸料輻射角系數(shù)從外形上看，紅外加熱燈為圓柱體，紅外加熱燈管的表面溫度均勻；預(yù)浸料厚度很薄，可以近似認為預(yù)浸料受到輻射后瞬間發(fā)生熱傳導(dǎo)，各處的溫度相同，并且紅外加熱燈管、預(yù)浸料表面兩者物性均相同。因此，兩者可以近似地看作漫發(fā)射體。角系數(shù)是一個與位置有關(guān)的函數(shù)，預(yù)浸料在有效發(fā)射區(qū)域的不同位置所接受的輻射不同。利用微分思想，將有效發(fā)射區(qū)域劃分為若干微小的區(qū)域，則預(yù)浸料在這些區(qū)域所接受的輻射可以看作紅外加熱燈對不同半徑的圓柱體內(nèi)表面的微元窄條的輻射。如圖3所示，微元窄條內(nèi)表面對圓柱體外表面的輻射角系數(shù)為式中，F(xiàn)^微元窄條dS2對紅外加熱燈外表面A1的輻射角系數(shù)巧內(nèi)圓柱半徑(mm)；r2為外圓柱半徑(mm)；1為圓柱長度(mm)；根據(jù)角系數(shù)的互換性可知2πT1IdF12=dSAsH(5)dF12=dS2FdS2_1/(23ir1l)(6)4.通過分析紅外輻射加熱系統(tǒng)的能量傳遞過程，如圖4所示，利用電-熱輻射轉(zhuǎn)化效率、預(yù)浸料蓄熱轉(zhuǎn)化率及紅外加熱燈_預(yù)浸料輻射角系數(shù)計算模型，得到了電能與預(yù)浸料蓄熱熱能之間的平衡方程，即預(yù)浸料溫度控制方程。①預(yù)浸料靜止時對于微元面dS2距離χ軸的長度h的微元面dS'2，其在t時間內(nèi)接受紅外的輻射轉(zhuǎn)化為的蓄熱能為式中=S1=23iri·1;dS'2=dh·1則有效輻射區(qū)域內(nèi)的預(yù)浸料在t時間內(nèi)獲得的蓄熱能為將(6)代入可以得到下式根據(jù)圖3中的幾何關(guān)系可知將(10)式代入(9)可得式中r2=D2+h2，ΔT表示在t時間內(nèi)預(yù)浸料溫度的變化。②運行時預(yù)浸料以速度ν經(jīng)過有效輻射區(qū)dS'2微元面，所用時間dt，蓄熱能變化為則單位面積的預(yù)浸料經(jīng)過有效輻射區(qū)域的蓄熱能變化為若預(yù)浸料經(jīng)過有效輻射區(qū)域的速度恒定，則單位面積的預(yù)浸料經(jīng)過有效輻射區(qū)域的蓄熱能變化為(16)5.對于給定的預(yù)浸料目標溫度，根據(jù)速度傳感器采集到的速度信號，利用可編程控制器根據(jù)(4)中建立的溫度控制方程進行運算、獲得相應(yīng)的功率驅(qū)動信號，通過功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)紅外加熱燈的電功率，使預(yù)浸料溫度保持恒定。實施例在靜止?fàn)顟B(tài)下測定各輻射加熱傳遞系數(shù)按照前面所述的計算方法，通過計算得到電-熱輻射轉(zhuǎn)化率，1=0.6；預(yù)浸料蓄熱轉(zhuǎn)化率，Il2=0.943;輻射角系數(shù)F12=0.01。接著將以上各系數(shù)代入靜止?fàn)顟B(tài)下紅外輻射加熱方程進行計算，得到理論上輸出電功率與預(yù)浸料表面溫度的關(guān)系。由于勻速與靜止時的輻射加熱傳遞系數(shù)具有通用性，利用靜止時的電-輻射轉(zhuǎn)化效率H1、預(yù)浸料蓄熱轉(zhuǎn)化率H2、代入勻速運行時的能量傳遞方程，可以得到預(yù)浸料表面溫度與預(yù)浸料運行速度的關(guān)系P電=2.202·ν(17)通過實驗測定的電流與電壓的關(guān)系可以推導(dǎo)出電功率與電壓的關(guān)系，代入上式，就得到輸出電功率與預(yù)浸料運行速度的關(guān)系。對于給定的預(yù)浸料目標溫度，結(jié)合速度傳感器檢測到的速度信號，利用可編程控制器將上述各參數(shù)代入勻速運行狀態(tài)下的能量傳遞方程進行運算，得到相應(yīng)的電功率輸出信號，經(jīng)功率調(diào)節(jié)器將輸出信號放大，驅(qū)動紅外加熱燈對預(yù)浸料加熱。經(jīng)靜止?fàn)顟B(tài)下的實驗驗證，按照此發(fā)明的紅外輻射加熱方程計算得到的理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)能夠很好的吻合，相對誤差在10%以內(nèi)。在熱固性復(fù)合材料預(yù)浸料的自動化成型中，自動鋪放成型的加熱溫度區(qū)間很小，按照此發(fā)明計算產(chǎn)生的誤差對預(yù)浸料表面溫度的影響可以忽略。本發(fā)明為動態(tài)下預(yù)浸料的恒溫加熱建立了控溫方程，為實現(xiàn)復(fù)合材料自動鋪放的高速、高效率工作奠定了基礎(chǔ)。權(quán)利要求一種自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法，其特征在于包括如下步驟步驟(一)，測定所用紅外輻射加熱器的電熱輻射轉(zhuǎn)化率，所述紅外輻射加熱器為紅外加熱燈；紅外加熱燈與盒體的傳熱平衡方程為其中，P燈紅外加熱燈的輻射功率；t時間；a1盒體內(nèi)壁表面的輻射吸收系數(shù)；k自然對流放熱系數(shù)；T燈紅外加熱燈的燈管在t時刻的溫度；在t時刻i表面的溫度；C盒盒體材料的比熱容；盒體第i個面板的質(zhì)量；在t時刻i表面升高的溫度；由此求得紅外輻射加熱器的電熱輻射轉(zhuǎn)化率η1＝P燈/P電(2)式中，P電代表紅外加熱燈的輸出電功率；步驟(二)，計算預(yù)浸料的蓄熱轉(zhuǎn)化效率上式中，Q蓄代表蓄熱能，Q蓄＝C預(yù)m(TT0)；Q輻代表輻射能，Q對代表對流擴散能，Q對＝kA(TT0)1.25；其中，C預(yù)預(yù)浸料的比熱容；T預(yù)浸料表面的溫度；m預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域的質(zhì)量；T0周圍環(huán)境的溫度；σ斯忒藩波爾茲曼常數(shù)，σ＝5.669×108W/m2·K4；ε預(yù)浸料的表面比輻射率；A預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域的表面積；W功率單位，瓦特；K溫度單位，開攝氏度；步驟(三)，推導(dǎo)紅外輻射加熱器與預(yù)浸料微元窄條之間的輻射角系數(shù)計算關(guān)系式<mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>dS</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mfrac><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>&pi;</mi></mfrac><mo>{</mo><msup><mi>cos</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mfrac><mrow><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mrow><mn>2</mn><mi>r</mi></mrow><mn>1</mn></msub><mi>l</mi></mrow></mfrac><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msqrt><mrow><mo>(</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mrow><mn>2</mn><mi>r</mi></mrow><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></msqrt><mo>&times;</mo><msup><mi>cos</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mi>arcsin</mi><mfrac><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mi>&pi;</mi><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>}</mo><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>根據(jù)角系數(shù)的互換性可知2πr1ldF12＝dS2FdS21(5)dF12＝dS2FdS21/(2πr1l)(6)其中，dS2同心圓柱體外圓柱內(nèi)表面微元窄條；FdS21微元窄條dS2對紅外加熱燈外表面A1的輻射角系數(shù)；r1內(nèi)圓柱半徑；r2外圓柱半徑；l圓柱長度；dF12紅外加熱燈對預(yù)浸料微元窄條之間的輻射角系數(shù)；步驟(四)，利用預(yù)浸料在有效輻射區(qū)域內(nèi)的能量傳輸關(guān)系，結(jié)合式(1)、式(2)、式(3)的輻射傳遞系數(shù)，建立預(yù)浸料在動態(tài)下的溫度控制方程；所述溫度控制方程是運用微分思想將有效輻射區(qū)域劃分為若干微小區(qū)域，對預(yù)浸料在這些微小區(qū)域獲得的蓄熱能進行積分得到；①、靜止?fàn)顟B(tài)下的溫度控制方程其中，ΔT在t時間內(nèi)預(yù)浸料溫度的變化；h微元面dS2距離x軸的長度；D預(yù)浸料距離y軸的長度；a2預(yù)浸料的輻射吸收率；H有效輻射區(qū)域的長度；②、勻速運行下的溫度控制方程其中，m0單位面積預(yù)浸料質(zhì)量；v預(yù)浸料運行速度；步驟(五)，確定對預(yù)浸料加熱的目標溫度并輸入可編程控制器，通過速度傳感器采集預(yù)浸料進入有效輻射區(qū)域的速度信號，利用可編程控制器根據(jù)步驟(四)中建立的溫度控制方程進行運算、得到相應(yīng)的功率驅(qū)動信號，功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)紅外加熱燈的電功率，使預(yù)浸料溫度保持恒定。FSA00000214673600011.tif,FSA00000214673600012.tif,FSA00000214673600013.tif,FSA00000214673600014.tif,FSA00000214673600015.tif,FSA00000214673600016.tif,FSA00000214673600022.tif,FSA00000214673600023.tif,FSA00000214673600024.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法，其特征在于步驟(三)中，紅外加熱燈與預(yù)浸料之間的輻射角系數(shù)計算是通過將二者之間的輻射等效成兩長度相等的同心圓柱的內(nèi)圓柱外表面對外圓柱內(nèi)表面的微元窄條之間的輻射。全文摘要本發(fā)明提供一種自動鋪放成型中預(yù)浸料紅外輻射加熱的動態(tài)溫度控制方法。本發(fā)明包括五個步驟A，測定所用紅外輻射加熱器的電-熱輻射轉(zhuǎn)化率；B，針對所使用的復(fù)合材料預(yù)浸料，計算其蓄熱轉(zhuǎn)化效率；C，推導(dǎo)紅外加熱燈與預(yù)浸料微元窄條之間的輻射角系數(shù)計算關(guān)系式；D，建立溫度控制方程；E，利用可編程控制器按照溫度控制方程進行運算、獲得驅(qū)動信號，控制驅(qū)動功率、使預(yù)浸料溫度保持恒定。本發(fā)明實現(xiàn)了輸出功率隨預(yù)浸料鋪放速度的在線跟隨變化、能夠達到對預(yù)浸料溫度精確控制的目的，克服了熱風(fēng)加熱響應(yīng)慢、熱能利用率低、溫度控制依賴經(jīng)驗數(shù)據(jù)及控制律模糊等不足。文檔編號G05D23/30GK101907899SQ20101024350公開日2010年12月8日申請日期2010年8月3日優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日發(fā)明者余永波,文立偉,王顯峰,肖軍,齊俊偉申請人:南京航空航天大學(xué)