直径可控电纺丝设备的数字调节高压.pdfVIP

务l 匐 似 直径可控电纺丝设备的数字调节高压电源设计 Adigitaladjustmentschemeofhighpowergeneratorbasingonthediameter controlledelectrospinningequipment 刘媛媛，井长娟，李庆伟，王强高，胡庆夕 LIUYuan—yuan，JINGChang-juan，LIQing-wei，WANGQiang—gao，HUQing-xi (上海大学 快速制造工程中心，上海 200444) 摘 要：新型电纺丝工艺及设备是当前研究纳米纤维制造的热点。本文以实现电纺丝电源的有效控 制 ，提升电纺丝设备的纺丝直径可控性为 目标，定量分析了电压这一过程参数对静电纺丝 装置纺丝效果的影响，并设计了PID控制算法 ，在此基础上讨论了实际数字可调高压电源的 设计，主要针对传统电纺丝设备中电源发生装置存在的波动误差和谐波干扰问题，利用PIC 单片机的pwm输出端口设计了一种有效消除谐波干扰的数控电源驱动方式 ，在MPLAB与 Proteus软件联调的基础上对这种驱动方式进行了仿真和验证。仿真结果表明该控制方案 能有效避免谐波干扰以及硬件电路庞大的缺点。 关键词：电纺丝；高压电源；PWM脉宽调制；控制系统 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)1(I-)一0105-05 Doi：10．3969／j．issn．1009-0134．2011．1(I-)．31 0 引言 电纺丝是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体 1 电压对 电纺丝设备纺丝效果的影响 在静 电场中射流来制备聚合物超细纤维 的加工工 1．1 电纺丝原理介绍 艺 ，在生物医学 ，空气过滤，防护衣物等领域都 电纺丝装置如图 1所示 ，主要由三部分组成 ： 有着巨大的应用潜力。然而 目前 电纺丝工艺制备 可调高压发生器，电纺丝溶液推进器，平行接收 的纳米纤维多为无纺布状，纳米纤维的直径不受 控，这在很大程度上限制了该技术的发展和应用 。 国内外许多研究机构和高等院校 已开展 了电纺丝 技术的研究 ，包括基于纤维在电场 中的运动情 况的Taylor-Melcher漏电介质理论 ，基于纤维接收 过程 中的珠粒结构 ，基于 电纺丝应用于组织工程 方面实现细胞的生长等 4[-6]o研究表明，电纺丝设 备的纺丝效果在很大程度上受到多个过程参数的 影响，其中电压这一关键过程参数对电纺丝成型 最终纤维 直径 的影响更为明显 。为此 ，本文 以 实现电纺丝电源的有效控制 ，提升电纺丝设备 的 纺丝直径可控性为 目标 ，为实现 电压对直径 的有 效控制设计 了PID算法 ，并针对传统手动 电源存 接收板 在旋钮波动 ，以及驱动 电路中存在的谐波的问题， 基于PIC单片机技术设计 了一种新型 电压驱动方 电极板 式，并在该驱动装置的基础上完成了对电纺丝电 压整个控制流程的设计 。 图1 电纺丝工作原理 图 收稿日期 2010-09-15 基金项 目 国家 自然基金面上资助项 目 ；上海大学211重点学科建设项目资助；上海大学创新基金 (A．10— 0109—08—010)；上海市重点实验室 自主课题 (D．10—0109．09—006) 。 作者简介 刘媛媛 (1979一)，女，讲师，博士，研究方向为先进制造装备的控制系统设计理论及技术。