专利名称：电纺直写闭环控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电纺直写设备，尤其是涉及一种基于电流反馈的电纺直写闭环控制系统及控制方法。
背景技术：
随着柔性电子、聚合物微纳系统的应用发展，聚合物微纳结构的精确控制制造已经成为微纳米技术研究的热点问题。目前，大面积、低成本、快速制造已经成为了聚合物微纳器件系统发展的重要趋势，也是聚合物微纳器件系统获得推广应用的关键。基于曝光、刻蚀等工艺的传统制造技术因高昂的制造成本和苛刻的环境要求无法满足聚合物微纳器件系统的发展需求。喷墨打印无需模版、速度快、成本低，是适用于聚合物微纳器件系统的最佳制造技术之一。传统热、压电、静电喷印技术喷印的最小液滴体积约10pl、最小线宽50 μ m、定位误差20 μ m，应用于批量化制造时普遍存在加工精度低、一致性差、重复性低等问题，仅能满足一般文字图像的喷印要求，无法适应聚合物微纳器件系统的高精密发展。电纺直写技术作为一种新兴的喷印技术，具有线宽小、精度高、速度快等优点，被认为是柔性电子、聚合物微纳器件系统最具潜力的喷印制造技术之一。电纺直写技术是利用静电场力拉伸黏弹性流体变形，使其产生射流进行喷印，喷印射流来自Taylor锥尖，射流直径对喷头内径依赖性小，可有效地减小喷印微纳米结构的特征尺寸。电纺丝直写技术通过减小喷头至收集板距离(O. I 5mm)，克服了传统纺丝过程中射流的分叉、螺旋不稳定运动行为和多射流喷印，利用单射流进行微纳米结构的沉积控制。电纺直写具有射流直径小、运动速度快、电学信号微弱等特点，受到空间电场、电荷密度、电荷迁移等多方面因素的影响，喷印过程存在较大的随机性。静电纺丝电液耦合过程数学物理模型复杂，没有明确的数学控制模型，不宜于采用PID等传统控制方法。目前，电纺直写技术暂没有建立合适的控制主要依据经验进行电纺直写过程参数的调节，缺乏合适的控制策略，限制了电纺直写微纳结构均匀性和直写微纳米结构尺寸可控性的进一步提高， 这已经成为了电纺直写技术推广应用的瓶颈。静电纺丝是利用静电场力拉伸黏弹性流体使其产生射流进行喷射、拉伸细化。电荷迁移是带电射流喷射行为的一个重要反映，由此产生的纺丝电流也成为了纺丝射流喷射状态的监测参量。相比于传统静电纺丝，电纺直写利用单纺丝射流进行聚合物微纳米结构的直写制备，纺丝电流单射流喷射与电荷迁移行为的直接反映，是电纺射流直径变化最重要的可测电学参量。因此，纺丝电流对电纺直写微纳米结构尺寸的变化也有着很好的监测作用。基于纺丝电流反馈，设计高响应速度、高稳定性单射流喷印闭环控制算法和控制器 (抗干扰调整时间小于Is、电流波动幅值小于20% )，建立电纺直写闭环控制系统已经成为大幅度提闻电纺直与控制水平的有效技术途径。本申请人在中国专利CN102162175A中公开一种可实现单根均匀微/纳米结构长时间可控制备和精确定位的激光引导电纺直写装置。设有控制器、高压继电器、静电高压电源、空心喷头、准直聚焦透镜组、光纤、密封调节件、激光器、供液泵、供液管、收集板和运动平台。控制器接高压继电器，高压继电器各端分别接静电高压电源、收集板及设于空心喷头前端的导体喷嘴，密封调节件与空心喷头后端密封连接，光纤穿过密封调节件中心且与密封调节件固连，准直聚焦透镜组设于光纤前端，光纤后端露出空心喷头且与激光器连接，供液泵通过供液管与空心喷头连通，收集板固于运动平台上且面对空心喷头。激光约束了纺丝射流的无序运动并引导纺丝射流沉积于收集板激光斑点处。本申请人在中国专利CN102019240A中公开一种可自动起停控制、降低喷射开启电压、实现喷射与直写图案特征有机结合、完成复杂图案微纳米结构直写的可起停控制的电纺直写喷头。设带喷头空心套管、带螺纹调节塞、线圈、衔铁、回位弹簧、探针、排气管道; 带喷头空心套管前端设有喷孔和注入孔，带螺纹调节塞设于带喷头空心套管后端，线圈套在带喷头空心套管外侧，衔铁设于带喷头空心套管内，探针与衔铁固连，探针前端位于带喷头空心套管前端的喷孔中，探针后端与回位弹簧一端固连，回位弹簧另一端与带螺纹调节塞内端固连，排气管道设于带螺纹调节塞上，排气管道内端与带喷头空心套管内腔相通，排气管道外端与外界相通。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现电纺直写纳米纤维直径的可控调节，提高纺丝射流喷射稳定性和纳米纤维直径均匀性的电纺直写闭环控制系统及控制方法。本发明设有储液槽、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。所述电纺直写闭环控制方法包括以下步骤(I)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I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(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 . ·
xref，(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I⑴< O时，维持叠加的脉冲电压；(12)纺丝电流I⑴> O时，关闭叠加的脉冲电压；(13)读取纺丝电流值I⑴；(14)执行模糊控制程序，计算施加电压调整幅值AU(t)与供液流速调整量 AL(t)；(15)向供液器和直流电压电源输送控制信号。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，可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，可进行预期纳米纤维直径等控制参数，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，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，控制计算机可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。设有可调支架用于调节喷丝头与收集板之间的距离。已有文献显示，电纺直写启动过程所需要的施加电压幅值高于稳定喷射阶段所需要的施加电压幅值。再者，降低稳定喷射阶段的施加电压也有利于提高射流喷射的稳定性和电纺直写纳米纤维的均匀性。因此控制计算机中包含启动控制程序和模糊控制程序两个部分。电纺直写启动阶段在施加直流高压的基础上叠加一脉冲电压，提高电纺直写启动阶段的电场强度，以突破纺丝溶液的表面张力实现射流喷射；纺丝射流从溶液表面射出后将产生纺丝电流，启动控制程序完成开始执行模糊控制，进入稳定喷射阶段。溶液性质是电纺直写过程重要的影响因素，也直接影响到了纺丝电流的幅值及变化规律，控制系统各控制参数依据溶液特性进适宜调整以满足高品质控制需求。本发明依据电纺直写单射流喷射过程的电荷迁移特性，引入微弱电流检测器实现对纺丝射流喷射状态的实时监控，建立模糊控制器构建电纺直写闭环控制系统，依据反馈纺丝电流的变化规律适时调节施加电压和供液流量从而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，实现纳米纤维直径的可控调节。
图I本发明实施例的结构组成示意图。在图I中，各标记为1为供液器，2为储液槽，3为喷丝头，4为收集板，5为微弱电流检测器，6为温度传感器，7为湿度传感器，8为数据采集器，9为控制计算机，10为直流高压电源，11为可调支架。图2为本发明实施例的控制流程图。图3为本发明实施例的稳定喷射阶段控制系统信号流图。图4为纺丝电流偏离量隶属度函数。图5为施加电压调整幅值隶属度函数。
图6为供液流速调整量隶属度函数。图7为闭环控制系统启动阶段施加电压(直流高压和启动喷射阶段脉冲电压)波形图。在图7中，横坐标为时间/S，纵坐标为电压/kV ;曲线a为直流高压，b为启动喷射阶段脉冲电压。图8为闭环控制系统启动阶段施加电压(叠加电压)波形图。在图8中，横坐标为时间/s，纵坐标为电压/kV。
具体实施例方式参见图1，本发明实施例设有储液槽2、供液器I、喷丝头3、收集板4、微弱电流检测器5、温度传感器6、湿度传感器7、数据采集器8、控制计算机9和直流高压电源10 ;所述储液槽2安装于供液器I上并经导管与喷丝头3相连，为电纺直写过程提供溶液；喷丝头3 为射流喷射通道；收集板4接地，用于收集纳米纤维；数据采集器8接收端经数据线与微弱电流检测器5、温度传感器6、湿度传感器7相连，接收各检测传感部件所获得的数据；微弱电流检测器5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8，数据采集器8的数字信号输出端接控制计算机9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9，以便进行控制程序的控制算法运算获得供液器I和直流高压电源10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9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I和直流高压电源10，用于调整供液器I的供液流速和施加电压值；所述直流高压电源10正极接喷丝头3，直流高压电源10负极经导线与地相连，控制端接在控制计算机9上。在图I中，标记11为可调支架，可调支架11用于调节喷丝头3与收集板4之间的距离。在控制计算机9内已经建立了经验数据库和模糊控制程序，设计好所需算法以及所需人机界面，数据库中包含纺制纳米纤维涉及的各种参数，如直流高压电源的电压值、喷丝头与收集板之间的间距、溶液种类、溶液浓度、实验环境的温度、实验环境的湿度、喷丝头直径、供液器的供液速度等。微弱电流检测器5可以连接于收集板4与地极(直流高压电源10负极)之间测量射流沉积的纺丝电流；也可以安装于喷丝头处测量射流喷射的纺丝电流；还可以安装于直流高压电源10的低压侧，根据能量守恒原理进行电纺直写过程电荷迁移量的检测计算，即可换算获得纺丝电流。微弱电流检测器5安装位置不同所检测到的纺丝电流值也有所差异，依据经验数据库可对模糊控制器参数进行调整。微弱电流检测器5 安装于不同位置所检测获得的纺丝电流值有所不同，依据各个检测位的纺丝电流对控制计算机9中模糊控制器的控制参数进行相应修正。微弱电流检测器5将采集的带电射流运动至收集板所产生的电流输送到数据采集器8，经过A/D转换等一系列过程后将转换过的数字信号传给控制计算机9，在控制计算机9设有模糊控制程序，依据纺丝电流反馈进行控制运算，得到所需调整的直流高压值和供液器的供液流速；控制计算机9输出命令对直流高压电源10的输出电压和供液器I进给量进行调整，克服各种干扰因素的影响，实现长时间稳定喷射以获得直径可控的纳米纤维。环境温度和湿度影响了射流中溶液剂的挥发速度及纺丝射流的流变行为，因此控制系统中设有温度传感器6和湿度传感器7以监测环境因素的变化。温度传感器6和湿度传感器7将环境温度和湿度信号传输回控制计算机9用以调
7整控制器中设定电流放大器的工作参数，以确保闭环控制系统在不同环境条件中的高品质工作。计算机9控制程序具有针对于电纺直定启动阶段的启动控制程序和针对稳定喷射阶段的稳定喷射控制程序两部分，其控制程序执行流程图如图2所示。电纺直写启动喷射阶段在直流高压的上叠加了一脉冲电压以提高空间电场强度，诱使喷丝头溶液产生射流进行喷射，待射流稳定工作后关闭叠加的脉冲电压；降低稳定喷射阶段的施加电压，有利于提高射流的稳定性和可控制性。
参数；
I f ■
xref， AL(t)
控制系统操作流程主要有
(1)在控制计算机9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3内径D、喷丝头3至收集板4间距I等
(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
(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
(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I，按初化供液流速L进行溶液补给；
(8)开启直流电压电源10，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) < O时，维持叠加的脉冲电压；
(12)纺丝电流I(t) > O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AU(t)与供液流速调整量
(15)向供液器I和直流电压电源10输送控制信号。
待射流产生后进入稳定射阶段，为了更好地说明其稳定喷射阶段控制程序的工作原理，现基于图3对系统信号流做进一步的说明(I)通过控制计算机9控制界面读入预期直径d ；(2)经过软件中的直径-电流转换器将其转变为参考纺丝电流值IMf ;(3)温度传感器6、湿度传感器7及微弱电流信号检测器5将测得的温度T、湿度 h、纺丝电流值I经数据采集器8转换为数字信号传递给控制计算机9 ；(4)控制计算机9内部的数据接收器将数字化后的温度T(t)、湿度h(t)，传送至内部放大器获得调整后的参考纺丝电流值I'm ;(5)参考纺丝电流值I'm与反馈纺丝电流值I (t)进行比较获得纺丝电流值偏离量Λ I (t)，经过数字-模糊信号转换器将其变成模糊处理后的纺丝电流值偏离量ΛΓα)；(6)模糊处理后的纺丝电流值偏离量Λ r(t)输入到模糊控制器，经过模糊计算获得模糊化的施加电压调整幅值AU*(t)与供液流速调整量AL*(t)；
8
(7)模糊化的施加电压调整幅值AU*(t)与供液流速调整量AL*(t)经模糊-数字转换器获得数字化控制参量施加电压调整幅值Λυα)与供液流速调整量AL(t);(8)数字化控制参量施加电压调整幅值AU(t)输送至直流高压电源10，获得新的施加电压U ；(9)数字化控制参量供液流速调整量AL(t)输送至供液器1，获得新的供液流速 L ；(10)获得新的施加电压U和供液流速L作为于电纺直写过程，影响射流从喷丝头 3射出到沉积于收集板4的直写喷射行为，通过微弱信号检测器5对喷射过程进行实时监测，获得纺丝电流值I。所述电纺直写闭环控制系统也可放置于湿度、温度可调的微环境控制箱中，在不同环境条件进行聚合物微纳米结构的电纺直写制备。本发明引入纺丝电流反馈，建立单射流电纺直写闭环控制系统，建立模糊控制器和经验数据库，依据反馈电流变化调节施加电压与供液流量，实现单射流的长时间稳定喷射，以提高电纺直写过程的控制水平和纳米纤维均匀性。所述控制计算机9设有人机交互界面，可进行预值纳米纤维直径、溶液种类、溶液导电率、溶液粘度、溶液浓度等参数的设定，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。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可以依据实际需要进行人工输入调整，也可以依据经验数据库进行自整订，由操作人员在控制计算机9人机交互界面上进行选择。通过调整控制程序参数以满足不同纺丝溶液的电纺直写控制的控制要求。图4给出了纺丝电流偏离量隶属度函数，将纺丝电流偏离给定参考纺丝电流值的偏离量分成七个等级，当实际纺丝电流小于给定参考纺丝电流值60nA时定义为NL级别；当实际纺丝电流小于给定参考纺丝电流值40nA时定义为匪级别；当实际纺丝电流小于给定参考纺丝电流值20nA时定义为NS级别；当实际纺丝电流等于给定参考纺丝电流值定义为 Z级别；当实际纺丝电流大于给定参考纺丝电流值20nA时定义为PS级别；当实际纺丝电流大于给定参考纺丝电流值40nA时定义为PM级别；当实际纺丝电流大于给定参考纺丝电流值60nA时定义为PL级别。采用线性三角隶属度函数。图5给出了施加电压调整幅值隶属度函数，将纺丝电流偏离给定参考纺丝电流值的偏离量分成七个等级，当施加电压调整幅值为-75V时定义为NL级别；当施加电压调整幅值为-50V时定义为匪级别；当施加电压调整幅值为-25V时定义为NS级别；当施加电压调整幅值为OV时定义为Z级别；当施加电压调整幅值为25V时定义为PS级别；当施加电压调整幅值为50V时定义为PM级别；当施加电压调整幅值为75V时定义为PL级别。采用线性三角隶属度函数。图6给出了供液流速调整量隶属度函数隶属度函数，将纺丝电流偏离给定参考纺丝电流值的偏离量分成5个等级，当供液流速调整量为-10 μ 1/hr时定义为NM级别；当供液流速调整量为-5 μ 1/hr定义为NS级别；当供液流速调整量为O μ 1/hr时定义为Z级别；当供液流速调整量为5 μ 1/hr时定义为PS级别；当供液流速调整量为10 μ 1/hr时定义为 PM级别。采用线性三角隶属度函数。表I给出电压调整幅值基本控制规则对应表，纺丝电流偏离量分别处于NL、匪、 NS、Z、PS、PM、PL级别时，所对应采用的电压调整幅值的级别为PL、PM、PS、Z、NS、NM、NL。表 I给出供液流量调整基本控制规则对应表，纺丝电流偏离量分别处于NL、匪、NS、Z、PS、PM、 PL级别时，所对应采用的供液流量调整量的级别为PM、PL、Z、Z、Z、NS、匪。放大器运算后的给定电流信号输入到模糊控制器中。给定信号和反馈信号依据表 I和表2的模糊控制规则进行运算，获得高压直流电源、供液器模糊化控制信号；模糊化控制信号依图5、图6所述的隶属度函数由转换器转变为数字化信号对供液流速和施加电压进行调节，从而维持电纺直写射流的稳定喷射。通过微弱电流信号检测器获得单射流喷射过程的纺丝电流，通过数据采集器传送回控制计算机。将接收到的纺丝电流反馈信号依据图4所示的隶属度函数进行模糊化处理，获得模糊化反馈电流信号输入到控制器。电纺直写启动喷射阶段在直流高压的上叠加了一脉冲电压以提高空间电场强度，诱使喷丝头溶液产生射流进行喷射，闭环控制系统启动阶段施加电压波形图如图7和8所示。采用模糊控制技术克服了电纺直写过程数学模型复杂、无明确控制模型的缺点， 避免复杂的优化计算，提高了控制器的运算速度，可以满足电纺直写过程单射流喷射状态快速调控的目的。表I电压调整幅值基本控制规则对应表
权利要求
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I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I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I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I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Iref；(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) < O时，维持叠加的脉冲电压；(12)纺丝电流I(t) > O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AU(t)与供液流速调整量AL(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。
9.如权利要求6所述的电纺直写闭环控制方法，其特征在于所述直径-电流转换器的转换参数依据但不限于溶液种类、溶液导电率、溶液粘度、溶液浓度参数进行调整。
10.如权利要求6所述的电纺直写闭环控制方法，其特征在于所述放大器的放大系数依据温度传感器、湿度传感器所获得的温度、湿度数据进行调整。
全文摘要
电纺直写闭环控制系统及控制方法，涉及一种电纺直写设备。提供一种可实现电纺直写纳米纤维直径的可控调节，提高纺丝射流喷射稳定性和纳米纤维直径均匀性的电纺直写闭环控制系统及控制方法。系统设有储液槽、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、直流高压电源和可调支架。建立有模糊控制器，通过检测纺丝电流获取射流喷射状态，依据纺丝电流变化调节施加电压和供液流速，避免了各干扰因素的影响，实现纺丝射流的长时间稳定喷射；调节模糊控制器设定电流可控制电纺直写纳米纤维直径。有利于提高电纺丝直写纳米纤维直径的可控性，对于电纺直写技术的工业化应用有着很好的推动作用。
文档编号B41J29/393GK102582293SQ20121005020
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者吴德志, 孙道恒, 王翔, 程伟, 邱小椿, 郑高峰 申请人:厦门大学