在锂电隔膜分切过程中，气胀轴通过智能张力控制系统实现±1N以内的超高精度张力波动控制，其核心技术涉及多系统协同工作和先进算法调控。以下是具体实现机制及技术细节：

时间：2000-03-07  来源：广东雅克兰德传动科技有限公司   浏览次数：4次

一、系统架构组成

1. 传感层

高灵敏度张力传感器：采用应变片式或超声波传感器（采样频率≥1kHz），直接测量隔膜实际张力值

轴体状态监测：集成压力传感器（检测气囊压力）、编码器（测量转速）、温度传感器（补偿热变形）

2. 控制层

工业级PLC：处理周期≤0.5ms（如倍福CX2040）

自适应PID算法：动态调整P/I/D参数，响应时间＜2ms

3. 执行层

伺服电机+磁粉制动器：扭矩控制精度±0.3%

比例阀控制气路：气压调节分辨率0.01Bar

二、核心控制策略

（1）前馈补偿控制

卷径变化预测

通过实时计算卷材半径变化（公式：

R=(V/2πN)2+r02R= (V/2πN) 2+r 02），预判张力波动趋势

? 应用案例：日本旭化成产线在Φ200→800mm卷径变化时，前馈控制减少60%超调

速度差补偿

根据分切机与收卷机的速度差（ΔV），动态调整气胀轴膨胀力（ΔF=K·ΔV，K为材料弹性系数）

（2）闭环反馈控制

多参数融合控制

graph LR

  A[张力传感器] --> B[数据滤波]

  C[编码器速度信号] --> B

  D[气压传感器] --> B

  B --> E[模糊PID控制器]

  E --> F[气胀轴执行机构]

  F --> G[张力输出]

  G --> A

采用卡尔曼滤波消除噪声，信号有效提取率＞98%

模糊逻辑动态调整PID参数（如隔膜厚度变化时自动降低积分项）

（3）扰动抑制技术

机械振动抑制

在气胀轴轴承座安装加速度传感器，通过FFT分析振动频谱，主动生成反向补偿信号

? 效果：将6μm隔膜因振动导致的张力波动从±3N降至±0.8N

材料特性自适应

建立不同隔膜（PE/PP/Ceramic）的弹性模量数据库，自动匹配控制参数

三、关键技术实现

1. 气压-张力精确映射模型

实验标定膨胀力-张力曲线（示例数据）：

采用三次样条插值算法，控制分辨率达0.1N

2. 多轴协同控制

主从控制模式：分切轴（Master）与收卷轴（Slave）通过EtherCAT实时通讯（周期≤250μs）

实现"速度-张力"解耦控制，避免速度突变影响

3. 边缘计算应用

在气胀轴本地部署微型控制器（如树莓派CM4），实时运行预测性维护算法

减少主控系统通信延迟，响应速度提升40%

四、实际产线验证数据

某6μm湿法隔膜分切线实测结果：

控制模式 张力波动范围(N) 隔膜蛇形跑偏量(mm/m)

传统机械控制 ±5.2 1.8

智能控制系统 ±0.8 0.3

效益对比：

良品率从97.1%提升至99.4%

每千米隔膜废品减少1.2米

五、技术演进方向

1. 数字孪生实时仿真

通过ANSYS Twin Builder构建气胀轴-隔膜耦合模型，提前20ms预测张力变化

2. AI深度学习控制

采用LSTM神经网络处理历史数据，在换卷瞬间实现"零冲击"过渡（实验室已实现±0.5N控制）

3. 量子压力传感

基于金刚石NV色心技术开发的新型传感器，分辨率可达0.001N（研发中）

这种智能张力控制系统的实现，标志着气胀轴从单纯机械部件向"感知-决策-执行"一体化智能终端的转变，为锂电隔膜超薄化（未来4μm以下）生产提供了关键技术支撑。