（控制理論與控制工程專業(yè)論文）漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制系統(tǒng)研究.pdf

中文摘要 摘要 漿紗工藝是重要的織前準(zhǔn)備工序，漿紗速度的快慢和漿紗質(zhì)量的好壞對織造生產(chǎn) 影響很大，甚至直接影響著紡織工廠的經(jīng)濟(jì)效益。漿紗機(jī)卷繞裝置能否實(shí)現(xiàn)恒張力卷 繞直接影響著漿紗速度和質(zhì)量。 本文對漿紗機(jī)卷繞裝置的卷繞特性進(jìn)行了研究，對張力控制系統(tǒng)的基本組成及控 制原理進(jìn)行了探討，研究并得出了卷繞直徑的檢測方法，對基于直接轉(zhuǎn)矩控制的異步 電動機(jī)用作漿紗機(jī)主傳動時的控制策略進(jìn)行了分析。 為了改進(jìn)張力控制系統(tǒng)的控制性能，本文設(shè)計了一套基于d s p的張力控制系統(tǒng)。 該張力控制系統(tǒng)以異步電動機(jī)作驅(qū)動電 機(jī)， 采用了 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。 系統(tǒng)以美國t i 公司生產(chǎn)的電機(jī)控制專用芯片為核心，應(yīng)用m / t 法實(shí)現(xiàn)對電 機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測及線速度反 饋的檢測、用軟件實(shí)現(xiàn)了 卷繞直徑的計算;主電路采用智能功率模塊 ( 工 p m ) ，把直接 轉(zhuǎn)矩輸出的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為空間矢量電壓實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動;進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 的恒張力控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實(shí)驗，對卷繞裝置實(shí)現(xiàn)恒張力控制有明顯改進(jìn)效果。 因為卷繞張力控制系統(tǒng)是個動態(tài)、時變、非線性系統(tǒng)，考慮到模糊控制技術(shù)特有 的魯棒性，本文將模糊控制理論引入張力控制系統(tǒng)，對張力模糊控制器進(jìn)行了初步設(shè) 計; 又通過在直接轉(zhuǎn)矩控制中引入模糊控制， 對多變量的模糊控制器設(shè)計進(jìn)行了嘗試。 最后本文采用a c s 6 0 0 變頻器構(gòu)成了卷繞張力控制系統(tǒng)并對其性能進(jìn)行了剖析。 該 系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線、卷曲 宏等先進(jìn)的控制技術(shù)，其有精確的控制性能，良 好的動態(tài)特 性，能夠?qū)崿F(xiàn)工廠網(wǎng)絡(luò)化、信息化。 關(guān)鍵詞:卷繞裝置張力控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制 c d t c ) 數(shù)字信號處理器( d s 的模糊控制 英文摘要 ab s t r a c t s i z i n g t e c h n i q u e s i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t p r e p a r i n g w o r k i n g p r o c e d u r e s f o r t h e s p i n n in g a n d t h e s p e e d a n d q u a l i t y o f s i z in g h a v e g r e a t im p a c t o n t h e s p i nn i n g p r o d u c t i o n . t h e w i n d i n g d e v i c e o f t h e s iz i n g m a c h i n e d e t e r min e s t h e s i z i n g s p e e d a n d q u a l i t y . t h e w i n d i n g c h a r a c t e r i s t i c o f t h e s i z i n g m a c h i n e s w i n d i n g d e v i c e i s s t u d i e d a n d t h e b a s i c b u i l d u p a n d c o n t r o l m e t h o d o f t h e t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m i s a n a ly z e d i n t h i s p a p e r . t h e d e t e c t i o n m e t h o d o f w i n d i n g d i a m e t e r i s d e d u c e d a n d th e c o n t r o l s t r a t e g i e s o f t h e d i r e c t t o r q u e c o n t r o l l e d i n d u c t i o n m o t o r f o r t h e s i z i n g s p i n d l e m a c h i n e t o o l s s e r v o s y s t e m a r e s t u d i e d i n d e t a i l . i n t h i s p a p e r , a t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n d s p i s d e s i g n e d w i t h t h e p u r p o s e t o e n h a n c e t h e p e r f o r m a n c e a n d b u i l d u p t h e r o b u s t o f t h e s y s t e m . t h i s c o n t r o l s y s t e m u s e a c i n d u c t i o n m o t o r a s a c t u a t o r a n d d i r e c t t o r q u e c o n t r o l a s c o n t r o l s t r a t e g y . t h i s s y s t e m i n c lu d e s t i s d s p a s c e n t r a l c o n t r o l u n i t , m / t m e t h o d a s t h e s p e e d d e t e c t i o n m e t h o d a n d w i n d i n g d i a m e t e r i s c a l c u l a t e d b y s o f t w a r e ; u s i n g i p m a s t h e p o w e r s u p p l y u n i t , t h e t o r q u e o f t h e m o t o r i s d i r e c t c o n t r o l l e d b y t r a n s f o r m i n g t h e o n - o f f s i g n a l o f t h e d i r e c t t o r q u e o u t p u t t o s p a c e v e c t o r v o l t a g e . a n e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h i s c o n d u c t e d a n d t h e r e s u lt s v e r i f y t h e s c h e m e a b o v e i s v a l i d a n d t h e c o n s t a n t t e n s i o n c o n t r o l o f w i n d i n g m a c h i n e i s i m p r o v e d s i g n if i c a n t l y . d u e t o t h e d y n a m i c a n d n o n li n e a r c h a r a c t e r o f t h e w i n d i n g t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m , t h e f u z z y c o n t r o l t h e o r y i s i n t r o d u c e d a n d t e n s i o n f u z z y c o n t r o l l e r i s d e s i g n e d e le m e n t a r i l y . t h e m u l t i - v a r i a b l e f u z z y c o n t r o l l e r i s d e s i g n e d b y i n t r o d u c i n g f u z z y c o n t r o l t o t h e d i r e c t t o r q u e c o n t r o l g r o u n d e d o n t h e w o r k a b o v e , a w i n d i n g t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n a c s 6 0 0 0 t r a n s d u c e r i s d e v e l o p e d , a n d i t s p e r f o r m a n c e i s a n a l y z e d . t h i s s y s t e m u s e s s o m e a d v a n c e d c o n t r o l s t r a t e g i e s s u c h a s f i e ld b u s , w i n d e r , w h i c h h a s a c c u r a t e c o n t r o l c a p a b i l i t y a n d c a n r e a l i z e t h e n e t w o r k a n d i n f o r m a t i o n o f t h e f a c t o r y k e y w o r d s : wi n d in g d e v i c e t e n s i o n c o n t r o l s y s t e m d ir e c t t o r q u e c o n t r o l ( d t c ) d s p f u z z y c o n t r o l l e r 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中 特別加以 標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā) 表 或 撰 寫 過 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 為 獲 得 大 生一 或 其 他 教 育 機(jī) 構(gòu) 的 學(xué) 位 或 證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論 文中作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 名 二 k l4 p簽 字 日 期 :， 年 歹 月 種日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本 學(xué) 位 論 文 作 者 完 全 了 解al生夕組 有 關(guān) 保 留 、 使 用 學(xué) 位 論 文 的 規(guī) 定 。 特 授 權(quán) k 生 生- 可 以 將 學(xué) 位 論 文 的 全 部 或 部 分 內(nèi) 容 編 入 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 庫 進(jìn) 行 檢 索，并采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存、 匯編以 供查閱 和借閱。同意學(xué) 校向國家有關(guān)部門 或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名 導(dǎo) 師 v _s : 沂0 畔 簽 字日 期 : 11.- 0 年i 月砰日 簽 字 日 期 : j . 4 年 月 仲日 第一章緒論 第一章 緒論 漿紗的目的是使經(jīng)紗上漿，以 便使經(jīng)紗貼伏毛羽，增強(qiáng)耐磨。漿紗機(jī)是彼此不同 的工藝操作設(shè)備的組合，需要控制的參數(shù)有十幾項，提高漿紗機(jī)傳動系統(tǒng)控制技術(shù)對 提高漿紗技術(shù)、確保漿紗質(zhì)量、適應(yīng)高速生產(chǎn)有極大影響。 1 . 1漿紗工藝及漿紗機(jī)概述 所謂漿紗就是對經(jīng)紗表面和內(nèi)部粘附、 滲入一定量的漿液， 再經(jīng)烘燥使表面成膜， 以此來增加原紗的強(qiáng)度和耐磨性，減少表面毛羽，提高其織造性能。漿紗后，經(jīng)紗在 織 造中 應(yīng)能 承 受反 復(fù) 拉伸、 摩擦和沖 擊等 作 用， 順利完成與緯紗的 交織n n z 。 漿 紗 過 程 各區(qū)段對張力大小的要求不一樣，各區(qū)段實(shí)現(xiàn)恒張力控制是漿紗的一個工藝條件，是 控制漿紗伸長率的主要因素。 1 . 1 . 1 漿紗機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展 漿紗工藝早在古代就有，歷經(jīng)手工方式、機(jī)械方式到現(xiàn)代的自 動化方式，現(xiàn)代漿 紗機(jī)的自 動化程度隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、電機(jī)調(diào)速技術(shù) 的發(fā)展而日 益提高。上漿設(shè)備的發(fā)展主要體現(xiàn)烘燥裝置、吸漿系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)方面。 就傳動系統(tǒng)而言，漿紗機(jī)從鐵炮、磨擦盤、差微裝置和邊軸傳動發(fā)展到多單元、 變頻器、 變頻電 機(jī)等傳動和控制技術(shù)t3 。 漿紗機(jī)的 傳動系統(tǒng)決定全機(jī)運(yùn)行速度， 一般 以拖引輥表面速度記為 “ 車速” 或者 “ 漿紗速度” 。 現(xiàn)代漿紗機(jī)在漿紗速度、張力與伸 長控制、吸漿均勻性和烘燥效率等方面都有明顯提高。 目 前國內(nèi) 所使用的漿紗機(jī)是型號新老交替、 性能參差不齊的狀況， 常見的有g(shù) 1 4 2 型漿紗 機(jī)、 g a 3 0 1 -2 4 0 漿紗機(jī)、 g a 3 3 0 漿紗機(jī) 和g a 3 0 8 型 漿紗機(jī)等r l 3 1 te 1 。 其中 有 代表性的新型漿紗機(jī)是鄭州紡織機(jī)械廠生產(chǎn)的 g a 3 0 8型漿紗機(jī)。g a 3 0 8型漿紗機(jī)的 特點(diǎn)是: 1 、可靠性好。采用計算機(jī)對各個工藝參數(shù)進(jìn)行控制、檢測。以往各段張力是由 無級變速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生故障?，F(xiàn)在采用 7 單元變頻拖動后，其故 障率大大降低，可靠性大大提高。 2 、可控性好。整個機(jī)器的自 動化程度高，采集各工藝參數(shù)信息準(zhǔn)確，尤其是溫 度、回潮率及伸長控制。溫度控制的信息采集是在烘筒內(nèi)部和漿槽內(nèi)部進(jìn)行的，故信 息準(zhǔn)確?；爻甭什捎孟冗M(jìn)的回潮儀，抗干擾信號強(qiáng)，信息準(zhǔn)確。伸長控制的信號由電 機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器傳遞給計算機(jī)，無外界干擾，可控性強(qiáng)。 3 、控制精度高。電子行業(yè)的飛速發(fā)展給機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展帶來了契機(jī)，各工藝 參數(shù)控制精度也大大提高。 如 : 伸長控制的 精度為千分之一， 溫度采用p i d自 動控制， 溫度偏差范圍為 月 c 0 ，壓漿力采用線性比例控制等。 4 、結(jié)構(gòu)簡單。g a 3 0 8 型漿紗機(jī)采用多單元變頻拖動， 大大簡化了 機(jī)械結(jié)構(gòu)，降 第一章緒論 第一章 緒論 漿紗的目的是使經(jīng)紗上漿，以 便使經(jīng)紗貼伏毛羽，增強(qiáng)耐磨。漿紗機(jī)是彼此不同 的工藝操作設(shè)備的組合，需要控制的參數(shù)有十幾項，提高漿紗機(jī)傳動系統(tǒng)控制技術(shù)對 提高漿紗技術(shù)、確保漿紗質(zhì)量、適應(yīng)高速生產(chǎn)有極大影響。 1 . 1漿紗工藝及漿紗機(jī)概述 所謂漿紗就是對經(jīng)紗表面和內(nèi)部粘附、 滲入一定量的漿液， 再經(jīng)烘燥使表面成膜， 以此來增加原紗的強(qiáng)度和耐磨性，減少表面毛羽，提高其織造性能。漿紗后，經(jīng)紗在 織 造中 應(yīng)能 承 受反 復(fù) 拉伸、 摩擦和沖 擊等 作 用， 順利完成與緯紗的 交織n n z 。 漿 紗 過 程 各區(qū)段對張力大小的要求不一樣，各區(qū)段實(shí)現(xiàn)恒張力控制是漿紗的一個工藝條件，是 控制漿紗伸長率的主要因素。 1 . 1 . 1 漿紗機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展 漿紗工藝早在古代就有，歷經(jīng)手工方式、機(jī)械方式到現(xiàn)代的自 動化方式，現(xiàn)代漿 紗機(jī)的自 動化程度隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、電機(jī)調(diào)速技術(shù) 的發(fā)展而日 益提高。上漿設(shè)備的發(fā)展主要體現(xiàn)烘燥裝置、吸漿系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)方面。 就傳動系統(tǒng)而言，漿紗機(jī)從鐵炮、磨擦盤、差微裝置和邊軸傳動發(fā)展到多單元、 變頻器、 變頻電 機(jī)等傳動和控制技術(shù)t3 。 漿紗機(jī)的 傳動系統(tǒng)決定全機(jī)運(yùn)行速度， 一般 以拖引輥表面速度記為 “ 車速” 或者 “ 漿紗速度” 。 現(xiàn)代漿紗機(jī)在漿紗速度、張力與伸 長控制、吸漿均勻性和烘燥效率等方面都有明顯提高。 目 前國內(nèi) 所使用的漿紗機(jī)是型號新老交替、 性能參差不齊的狀況， 常見的有g(shù) 1 4 2 型漿紗 機(jī)、 g a 3 0 1 -2 4 0 漿紗機(jī)、 g a 3 3 0 漿紗機(jī) 和g a 3 0 8 型 漿紗機(jī)等r l 3 1 te 1 。 其中 有 代表性的新型漿紗機(jī)是鄭州紡織機(jī)械廠生產(chǎn)的 g a 3 0 8型漿紗機(jī)。g a 3 0 8型漿紗機(jī)的 特點(diǎn)是: 1 、可靠性好。采用計算機(jī)對各個工藝參數(shù)進(jìn)行控制、檢測。以往各段張力是由 無級變速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易產(chǎn)生故障?，F(xiàn)在采用 7 單元變頻拖動后，其故 障率大大降低，可靠性大大提高。 2 、可控性好。整個機(jī)器的自 動化程度高，采集各工藝參數(shù)信息準(zhǔn)確，尤其是溫 度、回潮率及伸長控制。溫度控制的信息采集是在烘筒內(nèi)部和漿槽內(nèi)部進(jìn)行的，故信 息準(zhǔn)確?；爻甭什捎孟冗M(jìn)的回潮儀，抗干擾信號強(qiáng)，信息準(zhǔn)確。伸長控制的信號由電 機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器傳遞給計算機(jī)，無外界干擾，可控性強(qiáng)。 3 、控制精度高。電子行業(yè)的飛速發(fā)展給機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展帶來了契機(jī)，各工藝 參數(shù)控制精度也大大提高。 如 : 伸長控制的 精度為千分之一， 溫度采用p i d自 動控制， 溫度偏差范圍為 月 c 0 ，壓漿力采用線性比例控制等。 4 、結(jié)構(gòu)簡單。g a 3 0 8 型漿紗機(jī)采用多單元變頻拖動， 大大簡化了 機(jī)械結(jié)構(gòu)，降 第一章緒論 低了 工人的 安裝和勞動強(qiáng)度，也給使用廠的 維修帶來了 很大方便。 5 、工藝性強(qiáng) 。由于工藝參數(shù)均采用計算機(jī)集中控制， 在設(shè)定工藝值時， 只要 在大的工藝框架內(nèi)， 我們可根據(jù)要求，隨心所欲地控制這臺漿紗機(jī)。 向時，漿槽的 雙浸四壓、高壓漿力全錫林烘燥等均為最先進(jìn)的工藝技術(shù)。 6 、節(jié)省能源。漿紗機(jī)采用1 2 只烘筒烘燥，直接加熱烘燥的效率高，同時采用高 壓上漿使?jié)窕爻甭蚀蟠蠼档?，減小了烘房的烘燥量，故節(jié)省了能源。可通過互連網(wǎng)對 漿紗機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 國外常見的漿紗機(jī)是祖克漿紗機(jī)，由德國祖克穆勒 ( s u c k e r mu l l e r ) 公司生 產(chǎn)。 祖克漿紗機(jī)7 0 年代前采用交流整流子電動機(jī)和部分液壓傳動。 8 0 年代以來， 其s 系列的各種機(jī)型，如s u c k e r -s 2 2 2 , s u c k e r -s 2 3 2 型漿紗機(jī)均采用直流電動機(jī)和部分 液壓傳動。 在國 外生產(chǎn)的 新型漿紗機(jī)中， 瑞士貝寧格 ( b e n - s i z e t e c ) 生產(chǎn)的7 單元 漿紗機(jī)比較有代表性。它采用 7 個單元分別變頻調(diào)速，對6個區(qū)進(jìn)行張力控制。2 個 變頻電機(jī)分別驅(qū)動拖引輥和織軸，織軸卷繞張力由電腦控制通過氣動張力輥隨著卷繞 直徑的增加而進(jìn)行微調(diào)，以保證織軸卷繞密度均勻一致。伸縮箱橫動機(jī)構(gòu)隨著車速成 比例無級橫動，采用手機(jī)式 ( h a n d y ma t )操作面板對機(jī)器進(jìn)行操作，可以使操作 非常方便。采用模塊結(jié)構(gòu)原理設(shè)計:全機(jī)分成 5 個階段，每個區(qū)段由計算機(jī)控制，便 于設(shè)備升級改裝。 車速可以隨意調(diào)節(jié)，最高車速可達(dá) 1 2 0 米/ 分， 上漿率穩(wěn)定并可由計 算機(jī)控制，漿料消耗少，織造效率高，程序設(shè)計簡單明確，檢查工藝參數(shù)方便快捷。 結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小。自 動化程度高，控制精密，性能可靠?？梢詫?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離故障 診斷。 新型漿紗機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)是: 1 、適用闊幅、大卷裝。這要求漿紗機(jī)的工作幅度和織軸卷繞直徑加大。現(xiàn)時漿 紗機(jī)的漿槽工作幅度有 1 8 0 0 m m和2 0 0 0 m m兩種形式，卷繞直徑在8 0 0 m m -1 6 0 0 m rr 范圍內(nèi)。 2 、通用化。適用于高緊密織物的經(jīng)紗上漿，適應(yīng)織物品種檔次，提高質(zhì)量要求 與織機(jī)效率。 這是新型漿紗機(jī)發(fā)展的最重要方面。 3 、多烘筒烘燥。 4 、適當(dāng)高速和自 動控制?，F(xiàn)在的車速大多在 1 0 0 米/ 分鐘一 1 2 0 米/ 分鐘，車速 可提高到2 0 0 米/ 分鐘，但對漿紗機(jī)來說，不能一味追求更高的速度，而主要應(yīng)該以 提高漿紗質(zhì)量為主，因此，漿紗機(jī)必須有相應(yīng)的自 動控制裝置和高效能的烘燥裝置， 在自 動控制方面，一般應(yīng)有:( 1 ) 織軸卷繞控制 ( 2 ) 壓漿力自 控 ( 3 )溫度自 動控制 ( 4 )回潮率自 控 ( 5 )伸長自 控等。 5 、變頻調(diào)速分段傳動。新型漿紗機(jī)都己成為多單元傳動。取消了傳動邊軸和調(diào) 節(jié)各區(qū)張力的無級調(diào)速器。分別在車頭織軸卷繞、拖引輥、烘房、上漿輥、引紗輥等 第一章緒論 處用變頻電 機(jī)單獨(dú)傳動。 每個單元都有速度反饋系統(tǒng)， 運(yùn)用同 步控制技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)各單 元之間的精確同步。 6 、部件標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。為適應(yīng)上漿品種的多樣化， 漿紗機(jī)己向 模塊化組裝方 向發(fā)展。它的軸架、漿槽、烘燥、卷繞和傳動都在標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。用戶可根據(jù)自己 的需要自由選擇和組合，構(gòu)成不同特點(diǎn)的漿紗機(jī)。 1 . 1 . 2 漿紗機(jī)主要結(jié)構(gòu)及張力的作用 漿紗機(jī)的種類較多， 這里以上面提到的的g a 3 0 8 型漿紗機(jī)( 由鄭州紡織機(jī)械廠研 發(fā)) 為例， 說明 漿紗機(jī)的主要結(jié)構(gòu)。 其工藝流程圖 如圖1 - 1 所示。 主要由 雙層經(jīng)軸架、 雙浸四壓高壓漿槽、分層及合并烘干的高架烘房、大卷裝調(diào)幅車頭及計算機(jī)集中控制 0電 控部分組成。 其中 織 軸卷 繞、 拖引 輥、 烘房部分、 前 后漿槽的 上 漿輥和引紗輥分別由7 只 電機(jī)拖動，故該機(jī)稱為7 單元拖動的g a 3 0 8 型漿紗機(jī)。 預(yù)上 層面 分單 4.認(rèn) 1 經(jīng)抽架; 2 . 性張力 退塞; 3 . 后策槍: 拚 # e 14 a 5 a # 撼石 冷開 洪 千 塊k s 蠟; 8 . 牟頭券燒權(quán)構(gòu) 圖1 - 1 g a 3 0 8 型漿紗機(jī)工藝流程圖 漿紗機(jī)需要一定的張力來保持紗線伸直、紗片排列均勻;漿紗機(jī)上紗片需要一定 的張力來帶動各個導(dǎo)紗輥及烘筒;漿紗機(jī)上紗片需要一定張力來通過分絞裝置和伸縮 箱裝置; 漿紗機(jī)上紗片需要較大的卷繞張力以 卷繞成緊密、 堅實(shí)的漿軸; 紗片上漿時， 張力要小，以免影響紗片吸漿;整個運(yùn)行過程中，張力不能過大，以免紗線弱節(jié)發(fā)生 斷裂;減少張力引起的伸長，保持紗線彈性以滿足可織性的需要。 由 于漿紗工藝的 需要， 漿紗機(jī)各部分張力和伸長都不相同 ， 通常分為退卷張力區(qū)、 喂入張力區(qū)、濕張力區(qū)、干張力區(qū)、卷繞張力區(qū)。為了保證漿紗質(zhì)量，漿紗張力與伸 長采用分區(qū)控制。其中，卷繞張力區(qū)的張力在全機(jī)中最大。漿軸卷繞結(jié)構(gòu)的緊密和均 勻?qū)椢镔|(zhì)量、外觀疵點(diǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn)效率非常重要。 g a 3 0 8型漿紗機(jī)利用先進(jìn)技術(shù)和元件對全機(jī)各段張力進(jìn)行控制，即對喂入?yún)^(qū)、 濕 區(qū)、干區(qū)、卷繞張力進(jìn)行控制。采用計算機(jī)控制的變頻拖動，由7 個變頻系統(tǒng)進(jìn)行各 段伸長的控制。因為是兩只漿槽，共有 7 個變頻控制點(diǎn)。喂入?yún)^(qū)、濕區(qū)、干區(qū)控制各 段伸長值，通過計算機(jī)與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比 較運(yùn)算。由控制系統(tǒng)改變各單元速度， 從 而達(dá)到與設(shè)定伸長值一致的最佳伸長值。 第一章緒論 1 . 2 漿紗機(jī)的主傳動與調(diào)速 1 . 2 . 1 漿紗機(jī)的主傳動 漿紗機(jī)的主傳動是指由主電機(jī)對拖引輥、烘筒、上漿輥和引紗輥的傳動。傳統(tǒng)漿 紗機(jī)一般經(jīng)邊軸驅(qū)動，所以邊軸驅(qū)動系統(tǒng)就是主傳動系統(tǒng)。主傳動系統(tǒng)決定全機(jī)運(yùn)行 速度，一般拖引輥表面速度記為 “ 車速”或 “ 漿紗速度” 。漿紗機(jī)的主傳動類型很多， 傳統(tǒng)的可分為如下幾類:三相交流異步電機(jī)+ 塊帶式無級變速器+ 爬行裝置;三相交流 異步電機(jī)十 電磁滑差離合器式;直流電機(jī);三相交流異步電機(jī)十 液壓無級變速器;三相 交流整流子電 機(jī); 三相交流異步電 機(jī)+ p x 擴(kuò)大型無級變速器等 1 3 4 5 7 1 目 前，由于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有體積小、壽命長、無電刷、可靠性高、無需維 修、控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定高、運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速平滑且范圍廣、設(shè)備成本低和節(jié)電等 優(yōu)點(diǎn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)已用于國內(nèi)外新型漿紗機(jī)的主傳動系統(tǒng)。 1 . 2 . 2 交流變頻調(diào)速技術(shù)概述 圖1 - 2變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖1 - 2 所示2 4 2 9 1 。 控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速的 給定值和反 饋量運(yùn)用相應(yīng)的控制算法控制逆變器中功率器件的關(guān)斷時序。 恒壓恒頻的三相交流電 通過逆變器產(chǎn)生電壓和頻率均可變的三相交流電，供給交流電機(jī)的定子，以實(shí)現(xiàn)平滑 的交流電 機(jī)調(diào)速。 在多數(shù)情況下， 把控制器與逆變器合二為一，稱為逆變器。 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于:改變頻率 了 轉(zhuǎn)差率 s 不變，也就是不同轉(zhuǎn)速時5 不變，因 而轉(zhuǎn)差損耗小，特性硬，調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高， 適用于調(diào)速性能要求比較高的場 合。 對于同 步電 機(jī) 采 用變 頻調(diào)速更為重 要， 因 為同 步電 機(jī)它沒有轉(zhuǎn)差， 只有變頻。 同 步機(jī)的轉(zhuǎn)速為: n = n o = 6 0 f , / n ， 一 ( 1 - 1 ) 這就決定了同步機(jī)不可能采用變轉(zhuǎn)差的調(diào)速方法。采用變頻調(diào)速方法后，同步機(jī) 可以直接啟動，任意變速運(yùn)行，克服了起動問 題、重載時的失步和振蕩問題。 變頻調(diào)速的方法有多 種， 按照變頻器的 類型分主要有交一交變頻器和交一直 一交 變頻器兩大類;按照控制方法分有標(biāo)量控制、矢量控制和異步機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。 第一章緒論 在漿紗機(jī)上應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)， 減少了 其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電 機(jī)。我國在對傳統(tǒng)漿 紗機(jī)改造中采用交流變頻調(diào)速，減少原設(shè)計中的機(jī)械無級變速器，同時省去了一個伺 . 服電機(jī)和一個慢速電機(jī)。而在滿足上漿工藝上，車速由慢速、主機(jī)加升降速改造成了 無間斷 無級調(diào)速。 為車速變化調(diào)整壓力實(shí) 現(xiàn)漿紗上漿率均衡提供了 條件。3 1 9 1 1 . 3 本課題研究的主要內(nèi) 容 1 . 3 . 1 漿紗機(jī)的張力控制系統(tǒng)主要存在以下問題: 張力與伸長是漿紗的重要質(zhì)量指標(biāo)， 現(xiàn)代棉紡織設(shè)備對經(jīng)紗上漿技術(shù)要求越來越 高，這就要求對恒張力控制更加嚴(yán)格。恒張力控制實(shí)質(zhì)上是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。交流 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于漿紗機(jī)傳動系統(tǒng)，能夠大大提高漿紗機(jī)的恒張力控制水平。 傳統(tǒng)漿紗機(jī)的張力控制系統(tǒng)主要存在以下問題: 1 、國內(nèi)大多數(shù)新型漿紗機(jī)采用p i v ( p o s i t i v e i n f i n i t e l y v a r i a b l e ) 機(jī)械卷繞 機(jī)構(gòu)。p i v 卷繞機(jī)構(gòu)在機(jī)械狀態(tài)正常的條件下， 其卷繞機(jī)械特是比 較好的。 但因為其 機(jī)械復(fù) 雜， 運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)技術(shù)要求高， 在實(shí)際使用中機(jī)構(gòu)故障多，嚴(yán)重影響了漿紗產(chǎn)量、 質(zhì)量，而且使紗線、漿料浪費(fèi)，維修費(fèi)用增加，也有選用進(jìn)口p i v卷繞裝置，其昂貴 的價格，企業(yè)往往無法承受，機(jī)械故障也時有發(fā)生。 2 、有的采用磁粉制動器/ 磁粉離合器作為張力控制。其線性不夠好，控制的卷徑 變化范圍不大。 特別是在大負(fù)荷或高速時張力精度不夠) ;其故障率高，維護(hù)費(fèi)用高 ( 經(jīng)常要更換磁粉) ， 磁粉制動器/ 磁粉離合器的可靠性差 ， 發(fā)熱嚴(yán)重功率大的還需水 冷等。這種控制還需要調(diào)速單元 ( 如變頻器、直流調(diào)速器)及張力控制儀，整體性價 比太低; 3 、 直流伺服電 機(jī)在漿紗機(jī)上應(yīng)用較多， 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便，設(shè) 備費(fèi)用較大。 4 、對于時變、非線性卷繞系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬控制方法由明顯的不足之處: 第一， 模擬調(diào)節(jié)器的參數(shù)是固定的， 難于適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)( 例如卷徑) 的大范圍變化。 第二，用模擬器件難于實(shí)現(xiàn)記億存儲和復(fù)雜的計算。第三，模擬控制方式難于實(shí)現(xiàn)非 線性控制規(guī)律、自 適應(yīng)控制規(guī)律和自 尋優(yōu)控制規(guī)律。7 9 ) o i d 11 16 1 1 . 3 . 2 本課題主要進(jìn)行的工作: 在吸取和借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，本課題主要進(jìn)行以下幾方面的工作: 1 、 深入研究了漿紗機(jī)卷繞裝置的卷繞特性， 討論了張力控制系統(tǒng)的 基本組成及控 制原理，討論了直流電機(jī)作為主傳動時的控制策略;研究并得出了卷繞直徑的檢測方 法;討論了變頻調(diào)速技術(shù)作為漿紗機(jī)主傳動時的控制策略; 2 、 設(shè)計了一套基于d s p 的數(shù)字張力控制系統(tǒng)。 該張力控制系統(tǒng)采用直接轉(zhuǎn)矩控制 方法對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速， 作為漿紗機(jī)的傳動電機(jī)。 系統(tǒng)以美國t i 公司生產(chǎn)的電機(jī) 控制專用芯片為核心，應(yīng)用m / t 法實(shí)現(xiàn)對電 機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測及線速度反饋的檢測、用軟 件實(shí)現(xiàn)了卷繞直徑的計算;主電路采用智能功率模塊 ( i p m ) ，把直接轉(zhuǎn)矩輸出的開關(guān) 第一章緒論 在漿紗機(jī)上應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)， 減少了 其機(jī)械結(jié)構(gòu)和電 機(jī)。我國在對傳統(tǒng)漿 紗機(jī)改造中采用交流變頻調(diào)速，減少原設(shè)計中的機(jī)械無級變速器，同時省去了一個伺 . 服電機(jī)和一個慢速電機(jī)。而在滿足上漿工藝上，車速由慢速、主機(jī)加升降速改造成了 無間斷 無級調(diào)速。 為車速變化調(diào)整壓力實(shí) 現(xiàn)漿紗上漿率均衡提供了 條件。3 1 9 1 1 . 3 本課題研究的主要內(nèi) 容 1 . 3 . 1 漿紗機(jī)的張力控制系統(tǒng)主要存在以下問題: 張力與伸長是漿紗的重要質(zhì)量指標(biāo)， 現(xiàn)代棉紡織設(shè)備對經(jīng)紗上漿技術(shù)要求越來越 高，這就要求對恒張力控制更加嚴(yán)格。恒張力控制實(shí)質(zhì)上是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。交流 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于漿紗機(jī)傳動系統(tǒng)，能夠大大提高漿紗機(jī)的恒張力控制水平。 傳統(tǒng)漿紗機(jī)的張力控制系統(tǒng)主要存在以下問題: 1 、國內(nèi)大多數(shù)新型漿紗機(jī)采用p i v ( p o s i t i v e i n f i n i t e l y v a r i a b l e ) 機(jī)械卷繞 機(jī)構(gòu)。p i v 卷繞機(jī)構(gòu)在機(jī)械狀態(tài)正常的條件下， 其卷繞機(jī)械特是比 較好的。 但因為其 機(jī)械復(fù) 雜， 運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)技術(shù)要求高， 在實(shí)際使用中機(jī)構(gòu)故障多，嚴(yán)重影響了漿紗產(chǎn)量、 質(zhì)量，而且使紗線、漿料浪費(fèi)，維修費(fèi)用增加，也有選用進(jìn)口p i v卷繞裝置，其昂貴 的價格，企業(yè)往往無法承受，機(jī)械故障也時有發(fā)生。 2 、有的采用磁粉制動器/ 磁粉離合器作為張力控制。其線性不夠好，控制的卷徑 變化范圍不大。 特別是在大負(fù)荷或高速時張力精度不夠) ;其故障率高，維護(hù)費(fèi)用高 ( 經(jīng)常要更換磁粉) ， 磁粉制動器/ 磁粉離合器的可靠性差 ， 發(fā)熱嚴(yán)重功率大的還需水 冷等。這種控制還需要調(diào)速單元 ( 如變頻器、直流調(diào)速器)及張力控制儀，整體性價 比太低; 3 、 直流伺服電 機(jī)在漿紗機(jī)上應(yīng)用較多， 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便，設(shè) 備費(fèi)用較大。 4 、對于時變、非線性卷繞系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬控制方法由明顯的不足之處: 第一， 模擬調(diào)節(jié)器的參數(shù)是固定的， 難于適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)( 例如卷徑) 的大范圍變化。 第二，用模擬器件難于實(shí)現(xiàn)記億存儲和復(fù)雜的計算。第三，模擬控制方式難于實(shí)現(xiàn)非 線性控制規(guī)律、自 適應(yīng)控制規(guī)律和自 尋優(yōu)控制規(guī)律。7 9 ) o i d 11 16 1 1 . 3 . 2 本課題主要進(jìn)行的工作: 在吸取和借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，本課題主要進(jìn)行以下幾方面的工作: 1 、 深入研究了漿紗機(jī)卷繞裝置的卷繞特性， 討論了張力控制系統(tǒng)的 基本組成及控 制原理，討論了直流電機(jī)作為主傳動時的控制策略;研究并得出了卷繞直徑的檢測方 法;討論了變頻調(diào)速技術(shù)作為漿紗機(jī)主傳動時的控制策略; 2 、 設(shè)計了一套基于d s p 的數(shù)字張力控制系統(tǒng)。 該張力控制系統(tǒng)采用直接轉(zhuǎn)矩控制 方法對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速， 作為漿紗機(jī)的傳動電機(jī)。 系統(tǒng)以美國t i 公司生產(chǎn)的電機(jī) 控制專用芯片為核心，應(yīng)用m / t 法實(shí)現(xiàn)對電 機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測及線速度反饋的檢測、用軟 件實(shí)現(xiàn)了卷繞直徑的計算;主電路采用智能功率模塊 ( i p m ) ，把直接轉(zhuǎn)矩輸出的開關(guān) 第一章緒論 量轉(zhuǎn)換為空間矢量電 壓實(shí)現(xiàn)對電 機(jī)的轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動; 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了 恒張力控制。 3 、因為卷繞張力控制系統(tǒng)是個動態(tài)、時變、 非線性系統(tǒng)， 考慮到模糊控制技術(shù)特 有的魯棒性，將模糊控制理論引入張力控制系統(tǒng)是非常合適的。本文對張力模糊控制 器進(jìn)行了初步設(shè)計，又通過在直接轉(zhuǎn)矩控制中引入模糊控制，對多變量的模糊控制器 設(shè)計進(jìn)行了實(shí)踐。 4 、瑞典 a b b 公司生產(chǎn)的變頻器 a c s 6 0 0 ，將d t c 技術(shù)和模糊控制理論合二為一， 構(gòu)成高性能、 低成本的變頻器調(diào)速產(chǎn)品， 本文最后采用a c s 6 0 0 變頻器卷曲宏構(gòu)成了卷 繞張力控制系統(tǒng)并對其性能進(jìn)行了剖析。需要說明的是，本文所設(shè)計的張力控制系統(tǒng) 與a c s 6 0 0 變頻器構(gòu)成的張力控制系統(tǒng)在硬件實(shí)現(xiàn)和控制策略上都不一樣， 但可達(dá)到同 樣的效果。 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 2 . 1 漿紗機(jī)織軸卷繞裝置及其特點(diǎn) 2 . 1 . 1 漿紗機(jī)織軸卷繞裝置的要求 漿紗機(jī)織軸卷繞裝置的任務(wù)是: 將拖引輥送出的漿紗以均勻的張力卷繞到織軸上。 漿紗機(jī)卷繞系統(tǒng)的卷軸結(jié)構(gòu)是否緊密與均勻，對織物質(zhì)量、外觀疵點(diǎn)以 及運(yùn)轉(zhuǎn)效率非 常重要，卷繞張力區(qū)是從加壓測長輥與拖引輥的夾持點(diǎn)起，紗片經(jīng)張力調(diào)節(jié)輥、導(dǎo)紗 輥、壓紗輥， 直至卷到漿軸上。 它應(yīng)滿足如下要求: 川 2 1 、對拖引輥速度有良 好的跟蹤性能，即織軸卷繞與拖引漿紗應(yīng)同步進(jìn)行。 2 、 具有恒功率卷繞的特性。即具有在織軸卷繞直徑由小到大、 變化4 倍以上的范 圍內(nèi)，織軸的轉(zhuǎn)速能不斷降低，以 保持恒定的卷繞張力和表面線速度的機(jī)械特性。 3 、機(jī)械效率高，結(jié)構(gòu)簡單耐用，便于操作維修。 2 . 1 . 2 恒功率負(fù)載的特點(diǎn) 恒功率負(fù)載在工藝上一般都要求加工過程中保持織物的張力恒定， 或線速度恒定。 從這個角度說，這類系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。 圖2 - 1卷繞裝置示意圖 圖2 - 1 所示的兩個傳動單元，m , 為一個穩(wěn)速系統(tǒng)，m z 為典型卷繞系統(tǒng)， 減速比， ih定的， f 為: d o . d ， 分別為空軸和滿軸的直徑， d 為卷繞過程中某一時刻卷繞直徑 j 為機(jī)械 。 即v 是 而v二 九 。 月 2 ， 即v 2 隨 卷 徑d 的 加 大 而 線 性 上升。 兩 個單 元 之 間 織 物的 張 力 “ = 1 s3 j (v 2 一 v ):it 一 ( 2 - 1 ) 式 ( 2 - 1 ) 中: f 一織物承受的張力;s 一織物的截面積;1 一傳動點(diǎn)m , n 之間的距 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 2 . 1 漿紗機(jī)織軸卷繞裝置及其特點(diǎn) 2 . 1 . 1 漿紗機(jī)織軸卷繞裝置的要求 漿紗機(jī)織軸卷繞裝置的任務(wù)是: 將拖引輥送出的漿紗以均勻的張力卷繞到織軸上。 漿紗機(jī)卷繞系統(tǒng)的卷軸結(jié)構(gòu)是否緊密與均勻，對織物質(zhì)量、外觀疵點(diǎn)以 及運(yùn)轉(zhuǎn)效率非 常重要，卷繞張力區(qū)是從加壓測長輥與拖引輥的夾持點(diǎn)起，紗片經(jīng)張力調(diào)節(jié)輥、導(dǎo)紗 輥、壓紗輥， 直至卷到漿軸上。 它應(yīng)滿足如下要求: 川 2 1 、對拖引輥速度有良 好的跟蹤性能，即織軸卷繞與拖引漿紗應(yīng)同步進(jìn)行。 2 、 具有恒功率卷繞的特性。即具有在織軸卷繞直徑由小到大、 變化4 倍以上的范 圍內(nèi)，織軸的轉(zhuǎn)速能不斷降低，以 保持恒定的卷繞張力和表面線速度的機(jī)械特性。 3 、機(jī)械效率高，結(jié)構(gòu)簡單耐用，便于操作維修。 2 . 1 . 2 恒功率負(fù)載的特點(diǎn) 恒功率負(fù)載在工藝上一般都要求加工過程中保持織物的張力恒定， 或線速度恒定。 從這個角度說，這類系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。 圖2 - 1卷繞裝置示意圖 圖2 - 1 所示的兩個傳動單元，m , 為一個穩(wěn)速系統(tǒng)，m z 為典型卷繞系統(tǒng)， 減速比， ih定的， f 為: d o . d ， 分別為空軸和滿軸的直徑， d 為卷繞過程中某一時刻卷繞直徑 j 為機(jī)械 。 即v 是 而v二 九 。 月 2 ， 即v 2 隨 卷 徑d 的 加 大 而 線 性 上升。 兩 個單 元 之 間 織 物的 張 力 “ = 1 s3 j (v 2 一 v ):it 一 ( 2 - 1 ) 式 ( 2 - 1 ) 中: f 一織物承受的張力;s 一織物的截面積;1 一傳動點(diǎn)m , n 之間的距 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 離:y 織 物彈性 模量;v v 兩個 傳動點(diǎn)m , n 處的 線 速度。 由式 ( 2 - 1 )可見，欲使張力恒定，必須保持線速度差恒定。根據(jù)公式v = z d n 要 使v rr 定， 必 須使電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 速n 二 1/ d， 即n o c l / t ( t 為電 動 機(jī) 輸出 轉(zhuǎn) 矩) 。 可 見 這 類系統(tǒng)的負(fù)載特性應(yīng)如圖2 - 2 所示，稱為恒功率負(fù)載特性，也稱卷繞特性。 圖2 - 2卷繞特性 式 ( 2 - 1 ) 表明，值張力控制實(shí)質(zhì)上是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 卷繞機(jī)構(gòu)張力主要是通 過兩個傳動單元之間的線速度差形成的。卷繞過程中卷徑d 是時間的函 數(shù)， 而d 的變 化又引起線速度 v 和張力f 的變化。 所以 卷繞過程是一個動態(tài)時變過程。由 于張力波 動是由線速度波動引起的，所以張力恒定即線速度恒定。而欲使線速度恒定，就需卷 繞功率為恒定值。所以恒張力控制、恒線速度控制、恒功率控制，三者在本質(zhì)上是相 同 的 1:。 2 . 2 恒張力自 動控制系統(tǒng) 常見的恒張力控制系統(tǒng)有兩類: 一類是取被調(diào)量f ( 或v ) 為反饋量直接構(gòu)成張力負(fù) 反饋控制系統(tǒng);另一類是按擾動補(bǔ)償調(diào)節(jié)的原則來進(jìn)行控制的恒張力系統(tǒng)，這些引起 張力波動的擾動量應(yīng)該能夠被檢測出來。 2 . 2 . 1 張力負(fù)反饋控制系統(tǒng) 張 力一f 環(huán)節(jié) 一一 加 認(rèn) 一 干 圖2 - 3 張力負(fù)反饋系統(tǒng)原理圖 圖中:p c 一張力檢測變換器、f s 一張力傳感器、f t 一張力調(diào)節(jié)器。 g f 一功率放大 裝置，如晶閘管裝置等。u ， 一張力給定和u f f 一張力反饋。 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 離:y 織 物彈性 模量;v v 兩個 傳動點(diǎn)m , n 處的 線 速度。 由式 ( 2 - 1 )可見，欲使張力恒定，必須保持線速度差恒定。根據(jù)公式v = z d n 要 使v rr 定， 必 須使電 動 機(jī) 轉(zhuǎn) 速n 二 1/ d， 即n o c l / t ( t 為電 動 機(jī) 輸出 轉(zhuǎn) 矩) 。 可 見 這 類系統(tǒng)的負(fù)載特性應(yīng)如圖2 - 2 所示，稱為恒功率負(fù)載特性，也稱卷繞特性。 圖2 - 2卷繞特性 式 ( 2 - 1 ) 表明，值張力控制實(shí)質(zhì)上是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 卷繞機(jī)構(gòu)張力主要是通 過兩個傳動單元之間的線速度差形成的。卷繞過程中卷徑d 是時間的函 數(shù)， 而d 的變 化又引起線速度 v 和張力f 的變化。 所以 卷繞過程是一個動態(tài)時變過程。由 于張力波 動是由線速度波動引起的，所以張力恒定即線速度恒定。而欲使線速度恒定，就需卷 繞功率為恒定值。所以恒張力控制、恒線速度控制、恒功率控制，三者在本質(zhì)上是相 同 的 1:。 2 . 2 恒張力自 動控制系統(tǒng) 常見的恒張力控制系統(tǒng)有兩類: 一類是取被調(diào)量f ( 或v ) 為反饋量直接構(gòu)成張力負(fù) 反饋控制系統(tǒng);另一類是按擾動補(bǔ)償調(diào)節(jié)的原則來進(jìn)行控制的恒張力系統(tǒng)，這些引起 張力波動的擾動量應(yīng)該能夠被檢測出來。 2 . 2 . 1 張力負(fù)反饋控制系統(tǒng) 張 力一f 環(huán)節(jié) 一一 加 認(rèn) 一 干 圖2 - 3 張力負(fù)反饋系統(tǒng)原理圖 圖中:p c 一張力檢測變換器、f s 一張力傳感器、f t 一張力調(diào)節(jié)器。 g f 一功率放大 裝置，如晶閘管裝置等。u ， 一張力給定和u f f 一張力反饋。 第二章 漿紗 機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 圖2 - 3 所示是張力負(fù)反饋系統(tǒng)， 它利用張力計， 把織物的張力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電 信 號， 反饋到張力調(diào)節(jié)器輸入端與張力給定值比較， 組成張力閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 如果u + d , 控制系統(tǒng)使執(zhí)行電 機(jī)轉(zhuǎn)矩增大， 轉(zhuǎn)速提高， 張力增大; 如果u r r u , , , ii u t d - d o = v t d一 ( 2 - 1 3 ) 式 ( 2 - 1 3 )中v 為織物的線速度， t 為從空軸d 。 開始卷繞到卷徑d 的時間，s為 織物的厚度，解之可得: 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制策略研究 對 直 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 而 言， 張 力f = k . 里 1 三 ， 所以 張 力 控 制的 精 度主 要 取 決 于 卷 徑d d 的檢測精度。由于卷繞對象本身的數(shù)學(xué)模型是非線性和時變的，要設(shè)計一個好的控制 系統(tǒng)，就應(yīng)當(dāng)采非線性、變參數(shù)的調(diào)節(jié)器或控制器，這只有使用微控制器才能實(shí)現(xiàn)。 對卷徑變化的補(bǔ)償，通常指的是在工作卷繞過程中的補(bǔ)償。在實(shí)際張力控制系統(tǒng) 中，卷繞機(jī)車啟、停過程還要進(jìn)行加減速補(bǔ)償。在上面討論中，忽略了 加減速時的轉(zhuǎn) 矩md 。 實(shí)際 加 速過程中，為了 保持張 力不變，電 磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)該附 加正的 動態(tài)轉(zhuǎn) 矩，以 補(bǔ)償卷繞軸等機(jī)構(gòu)慣性所需要吸收的能量，在減速時，為了保持張力不變，則應(yīng)該附 加負(fù)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，以 補(bǔ)償需要放出的能量。 2 . 3 卷繞直徑的檢測 在實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)卷繞機(jī)構(gòu)恒張力控制，主要擾動量是卷徑d 的變化。無論采 用哪種控制方案和哪種調(diào)速方式，控制系統(tǒng)都必須設(shè)置檢測裝置對卷徑進(jìn)行檢測。 2 . 3 . 1 由實(shí)際織物線速度和電機(jī)轉(zhuǎn)速計算得到卷徑 根據(jù)v= 2 7 m r=t d n得: d =一( 2 - 1 2 ) 即只要測取織物的線速度v 和電動機(jī)轉(zhuǎn)速n ， 經(jīng)除法器， 即可測得卷徑d 的信號。 這種方法需要線速度 v 和電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 裝置。 2 . 3 . 2 由織物線速度與織物實(shí)際的厚度計算得到卷徑 d ( t ) 圖2 - 4 卷徑d 的變化 根據(jù)圖2 - 1 所示，卷軸陰影部分的面積為: : = t d - d o = v t d一 ( 2 - 1 3 ) 式 ( 2 - 1 3 )中v 為織物的線速度， t 為從空軸d 。 開始卷繞到卷徑d 的時間，s為 織物的厚度，解之可得: 第二章 漿紗機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)張力控制筑略研究 。 一 、 i o o + 4 v a r一 ( 2 - 1 4 ) 利用軟件很容易求得卷徑d 隨時間變化的曲線如圖2 - 4 所示。 2 . 3 . 3用迭代法計算得到卷徑d 設(shè)卷繞過程中t 時刻直徑為d ( t ) ， 則在 ( t + o t ) 時 刻卷徑為d ( t + a t ) = 。 ( t ) + 4 d ，因為卷軸每轉(zhuǎn)一周，其直徑就增加2 層織物的厚度，所以在 t 時間內(nèi)卷徑增 量為: . _2 8 v o t a 述 j=一二， 下 7 0( t ) 一 一( 2 - 1 5 ) 逐次迭代，即可求得任一時刻卷徑d的值。 以上幾種卷徑的計算是基于線速度給定的，同時亦假定實(shí)際線速度與線速度給定 是一樣的。卷徑計算