[发明专利]电纺直写闭环控制系统及控制方法

权利要求书

1.电纺直写闭环控制系统，其特征在于设有储液槽、供液器、喷丝头、收集板、微弱电流检测器、温度传感器、湿度传感器、数据采集器、控制计算机和直流高压电源；所述储液槽安装于供液器上并经导管与喷丝头相连，为电纺直写过程提供溶液；喷丝头为射流喷射通道；收集板接地，用于收集纳米纤维；数据采集器接收端经数据线与微弱电流检测器、温度传感器、湿度传感器相连，接收各检测传感部件所获得的数据；微弱电流检测器用于检测纺丝电流，并通过数据传输线将电流信号输送给数据采集器，数据采集器的数字信号输出端接控制计算机的输入端口，将各检测传感部件所获得的数据变换后传送给控制计算机，以便进行控制程序的控制算法运算获得供液器和直流高压电源的控制信号以控制电纺直写过程的施加电压与供液流速；控制计算机的调模糊控制器的计算输出端口通过控制信号线接供液器和直流高压电源，用于调整供液器的供液流速和施加电压值；所述直流高压电源正极接喷丝头，直流高压电源负极经导线与地相连，控制端接在控制计算机上。

2.如权利要求1所述的电纺直写闭环控制系统，其特征在于所述数据采集器为数据采集卡。

3.如权利要求1所述的电纺直写闭环控制系统，其特征在于所述控制计算机设有人机交互界面，进行预值纳米纤维直径、溶液种类、溶液导电率、溶液粘度、溶液浓度参数的设定，以及电压调整幅值基本控制规则对应表参数、供液流量调整基本控制规则对应表参数、供液流速调整量隶属度函数参数、施加电压调整幅值隶属度函数参数、纺丝电流偏离量隶属度函数参数的设定。

4.如权利要求3所述的电纺直写闭环控制系统，其特征在于所述电压调整幅值基本控制规则对应表参数、供液流量调整基本控制规则对应表参数、供液流速调整量隶属度函数参数、施加电压调整幅值隶属度函数参数、纺丝电流偏离量隶属度函数参数依据实际需要进行人工输入调整，或依据经验数据库进行自整订，由操作人员在控制计算机人机交互界面上进行选择。

5.如权利要求1所述的电纺直写闭环控制系统，其特征在于设有用于调节喷丝头与收集板之间距离的可调支架。

6.电纺直写闭环控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在控制计算机上开启控制程序，读取温度T、湿度h等环境条件参数；

(2)输入预期纳米纤维直径d，以及喷丝头内径D、喷丝头至收集板间距l等参数；

(3)进行溶液种类、溶液导电率、溶液粘度、溶液浓度等纺丝溶液特性参数的设定；

(4)连接经验数据库；

(5)进行控制参数的初始化设定，将预期纳米纤维直径d转换为参考纺丝电流值I_ref；

(6)初始化控制参数，获得施加电压U、供液流速L；

(7)开启供液器，按初化供液流速L进行溶液补给；

(8)开启直流电压电源，按初始化施加电压U进行静电供给；

(9)执行启动控制程序，在施加电压上叠加脉冲电压；

(10)读取反馈纺丝电流I(t)，等待产生射流喷射；

(11)纺丝电流I(t)＜0时，维持叠加的脉冲电压；

(12)纺丝电流I(t)＞0时，关闭叠加的脉冲电压；

(13)读取纺丝电流值I(t)；

(14)执行模糊控制程序，计算施加电压调整幅值ΔU(t)与供液流速调整量ΔL(t)；

(15)向供液器和直流电压电源输送控制信号。

7.如权利要求6所述的电纺直写闭环控制方法，其特征在于所述控制计算机中设有经验数据库、启动控制程序和模糊控制程序，依据纺丝电流的变化规律计算供液流速和施加电压的调节量；通过控制信号线将调模糊控制器的计算输出到供液器和直流高压电源，以调其供液流速和施加电压，以保持纺丝射流的长时间稳定喷射，提高直写纳米纤维的均匀性；同时，控制计算机设有参数输入接口，进行预期纳米纤维直径控制参数，溶液种类、溶液导电率、溶液粘度、溶液浓度纺丝溶液特性参数，以及喷丝头内径、喷丝头至收集板等工艺参数的设定；依据经验数据库及相关设定参数，控制计算机将所设定的预期纳米纤维直径转换为设定的纺丝电流值，调节纺丝电流值的大小以获得预期直径的纳米纤维。

8.如权利要求6所述的电纺直写闭环控制方法，其特征在于所设定的预期纳米纤维直径经直径-电流转换器转换成所对应的参考纺丝电流值，参考纺丝电流值经放大器、模糊转换器作为控制参量输入模糊控制程序。