[发明专利]基于有限元和系统辨识的电纺丝纤维闭环控制仿真方法

权利要求书

1.一种基于有限元和系统辨识的电纺丝纤维闭环控制仿真方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：

(1)、采用matlab软件求解建立有限元电纺丝纤维运动模型，实现对电纺丝纤维运动过程的模拟，获得虚拟的实验系统；

(2)、基于虚拟的实验系统获得输入和输出数值，代替实验数据，采用最小二乘的系统辨识方法处理输入和输出数值，得到系统的过程传递函数；

(3)、整定过程传递函数控制器；

(4)、把控制器重新作用在有限元电纺丝纤维运动模型上，实现对电纺丝纤维直径的闭环控制仿真。

2.根据权利要求1所述的基于有限元和系统辨识的电纺丝纤维闭环控制仿真方法，其特征在于，上述步骤(1)所述的采用matlab软件求解建立有限元电纺丝纤维运动模型，实现对电纺丝纤维运动过程的模拟，由此获得虚拟的实验系统，其具体步骤如下：

（1）、建立有限元电纺丝纤维运动模型：首先把纤维运动过程离散化，分析离散后每个粘弹性纤维段的运动过程，建立纤维运动状态在电场力、库仑力、粘滞力、回复力作用下的微分方程组，并在matlab软件中求解，其具体步骤如下：

① 、根据系统仿真的电压V，时间步长                                                t，接收距离H，计算微分方程组，得到第i个纤维段的所受的外力，空间位置坐标和以及纤维段的拉伸长度l_i-1,i；

②、计算出第i个纤维段的拉伸直径，该拉伸直径记为d_i-1,i；该拉伸直径d_i-1,i和上述电压V作为系统辨识算法的输入，上述第i个纤维段的拉伸直径的计算表为：；

                                           （1）

其中，d_i,i-1表示为第i个纤维段的拉伸直径，d₀为纤维段的初始直径，l_i,i-1为第i个纤维段的长度，L为纤维段的初始长度；

 ③、设置各个纤维段分别与的空间位置与喷丝头之间的距离为预设间距H/10000，该预设间距记为R，分别逐个判断第i个纤维段与喷丝头之间的预设间距是否大于H/5000，如果第i个纤维段到喷丝头的预设间距是大于H/5000，则在第i个纤维段之后加入新的纤维段，新的纤维段为第i=i+1纤维段，第i个纤维段与前一个纤维段的距离为H/10000，得到第i个纤维段或第i+1纤维段的位置，重复上述判断，当直到第i个纤维段达到接收板时，判断终止，得到所有纤维段的位置，所有纤维段的位置为电纺丝纤维运动的形状；如果第i个纤维段到喷丝头的预设间距不是大于H/5000，则，第i个纤维段所处位置不需加入新的纤维段。