清梳聯(lián)梳棉機自調(diào)理整裝置的開發(fā)

清梳聯(lián)梳棉機自調(diào)理整裝置的開發(fā)

1自調(diào)制整技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度低自適應(yīng)編棉機是控制夾芯軸重量的平整度，減少重量偏差。梳棉機自調(diào)勻整技術(shù)屬于機電一體化、并與棉紡工藝密切相關(guān)的高技術(shù)產(chǎn)品,由于我國未能實現(xiàn)自調(diào)勻整技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,因而嚴重地影響了清梳聯(lián)設(shè)備的推廣和國產(chǎn)設(shè)備的成套化。為了增強我國清梳聯(lián)設(shè)備在國際市場上的競爭力,同時向國內(nèi)棉紡企業(yè)提供價格低廉、性能優(yōu)良的設(shè)備用于技術(shù)改造,中國紡織科學研究院與鄭州紡織機械廠組成項目組,開發(fā)了清梳聯(lián)梳棉機自調(diào)勻整裝置。2ft-25自調(diào)制整器的原理自調(diào)勻整控制共分三個部分,即檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu),參見圖1。如圖1所示,檢測機構(gòu)由傳感器組成,A處是棉層喂入部分,棉層經(jīng)過給棉板和給棉輥之間喂入,由于棉層厚度的變化,使A處傳感器產(chǎn)生位移,便將信號電壓輸入到自調(diào)勻整器上;B處是棉條檢測部分,通過棉條在喇叭口上的移動,檢測棉條的重量?？刂茩C構(gòu)即FT-025自調(diào)勻整器,是系統(tǒng)的核心。勻整器通過A、B兩處傳感器的采樣數(shù)值,進行運算,然后把計算結(jié)果輸出到給棉變頻器,從而控制給棉電機(給棉羅拉)的無級調(diào)速和比例運轉(zhuǎn),實現(xiàn)均勻喂棉,達到勻整的目的。執(zhí)行機構(gòu)采用變頻器和給棉電機(位于圖1的A處)。從控制原理上看,FT-025自調(diào)勻整器采用以下混合環(huán)控制:由A處傳感器與控制器、執(zhí)行機構(gòu)形成開環(huán)控制回路;由B處傳感器與控制器、執(zhí)行機構(gòu)組成閉環(huán)控制回路。3混合環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)的目標,以及國內(nèi)外技術(shù)調(diào)研情況和自己的經(jīng)驗,在FT-025自調(diào)勻整器中采用了混合環(huán)控制系統(tǒng),其特點是:(1)利用開環(huán)系統(tǒng)控制內(nèi)不勻,控制好棉條重量的波動;(2)利用閉環(huán)系統(tǒng)控制外不勻,控制好棉條的運轉(zhuǎn)班間重量漂移,同時達到控制總不勻和重量偏差的目的。3.1確定棉層厚度當計算機采樣后,經(jīng)過濾波運算,把棉層的喂入信號進行求平均。由于棉層波動比較頻繁,為控制開環(huán)的不勻率,要求調(diào)節(jié)比較迅速,把棉層喂入量的波動通過給棉電機的變速予以補償,使棉層喂入量恒定,降低棉層的不勻率,參見圖2。CPU將棉層厚度信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂嬎愕臄?shù)字量后,采用軟件數(shù)字濾波。濾波算法采用算術(shù)平均值結(jié)合中值濾波的方法,可以有效地消除A/D采樣通道上的誤信號。然后運用設(shè)計好的控制算法進行計算,FT-025勻整器對棉層厚度輸入信號采用雙曲線開環(huán)控制算法(參見圖3),即:喂棉量(常量)=給棉電機喂入速度×棉層厚度×系數(shù)雙曲線算法能保證:當陰影部分形狀發(fā)生變化時,其面積仍然是常量。傳感器檢測到棉層厚度是不斷變化的,按照圖3的曲線實時調(diào)節(jié)喂棉速度,可保證喂棉量(圖3中的陰影面積)是穩(wěn)定的。3.2pid控制離散化梳棉機的傳遞函數(shù)有一個純滯后環(huán)節(jié),參見圖4,在計算上有時間序列的差異,為此在閉環(huán)上引入PID控制算法,以達到滿意的控制效果。理想的PID控制規(guī)律形式如下:Un=Kp(e+1/T1∫edt+Tdde/dt)+M(1)Un=Κp(e+1/Τ1∫edt+Τdde/dt)+Μ(1)式(1)中:Kp——比例系數(shù);T1——積分時間常數(shù),即積分作用大小增加到等于比例作用大小所需的時間,它決定了積分作用的強弱;Td——微分時間常數(shù),即微分作用大小增加到等于比例作用大小所需的時間,它決定了微分作用的強弱;Un——控制器的輸出;e——輸入信號偏差,e=設(shè)定值-實際值;M——輸出的初始值。在PID的三種作用中,微分作用主要用來減少超調(diào),克服振蕩,使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定,加快系統(tǒng)的動作速度,減少超調(diào)時間,改善系統(tǒng)的動態(tài)特性;積分作用主要用來消除靜差,改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性;比例作用可對偏差做出及時響應(yīng)。將這三種作用的強度配合適當,就可以使控制器快速、平穩(wěn)、準確,獲得滿意的控制效果。在梳棉機自調(diào)勻整裝置中,將上述理想化公式進行離散化處理,可得到PID控制的離散形式:Un=Kp[e(n)+T/Ti∑ei+Tde(n)?e(n?1)/T]+M(2)Un=Κp[e(n)+Τ/Τi∑ei+Τde(n)-e(n-1)/Τ]+Μ(2)式(2)中:T——采樣周期;Un——控制器第n次輸出值;e(n)——第n次采樣偏差;n——采樣序數(shù)次號。在式(2)中,輸出值Un對應(yīng)于執(zhí)行機構(gòu)所應(yīng)達到的位置(即喂棉速度),它對控制變量(圖1中B處檢測到的棉條重量)與設(shè)定值的偏差進行運算,最終使控制變量與設(shè)定值偏差趨近于零,參見圖5。4系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)4.1自調(diào)制整器系統(tǒng)在所有電量或非電量的測量與控制儀表中,零位的穩(wěn)定性是影響儀器精度的一個重要因素。溫漂和時漂,統(tǒng)稱為“零漂”,是硬件電路中不可避免要產(chǎn)生的。以往的模擬控制器受使用環(huán)境的影響,零漂比較大。清梳聯(lián)的生條重量漂移要求小于3%,因此在設(shè)計電路時,電路的零漂應(yīng)低于生條重量漂移一個數(shù)量級,即控制在0.3%以下。本機采用了單片機系統(tǒng),對印刷電路板上高頻和低頻線的布局、地線的分布,都注意加強穩(wěn)定性和避免干擾;另外從軟件方面,可以借助軟件的記憶性和可變換控制性處理零漂的問題。FT-025型自調(diào)勻整器現(xiàn)已通過了國家電子計算機質(zhì)量檢驗中心的電磁兼容檢測(國質(zhì)監(jiān)認字179號,NO:990124),具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。由于本控制系統(tǒng)的運算量大,主CPU采用MCS-96系列、具有16位微處理器的8098單片機。8098單片機具有多累加器結(jié)構(gòu),有232個累加器可被利用,消除了以往MCS-51系列8位微處理器單片機由于累加器少而造成的運算中的“瓶頸效應(yīng)”,簡化了軟件編程,使整機運行速度比5l系列單片機有較大幅度地提高。同時還配以外圍擴展電路,如:程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、用于掉電保持數(shù)據(jù)的EEPROM。另外,系統(tǒng)中還有A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片,鍵盤顯示芯片,以及I/O和計數(shù)定時芯片,構(gòu)成了一個單片機控制系統(tǒng),參見圖6。4.2數(shù)字濾波器的原理主程序框圖,參見圖7。主程序分為三個循環(huán)部分:參數(shù)設(shè)定、硬件各種功能測試和自控運行狀態(tài)。當自調(diào)勻整器通電后,便進入?yún)?shù)設(shè)定狀態(tài),用戶可以設(shè)定生產(chǎn)工藝參數(shù)。在停車時,用戶可以進入檢測狀態(tài),對勻整器的各組成電路進行檢測。當用戶需要生產(chǎn)運行時,通過梳棉機道夫啟動按鈕,向勻整器傳遞開車信號,勻整器隨后進入自控運行狀態(tài)。在來自傳感器的檢測信號中,有時混雜了各種頻率的干擾信號,除了在信號入口處使用RC硬件濾波器外,還在軟件中使用數(shù)字濾波的方法,減少干擾在有用信號中的比重,提高信號的真實性。數(shù)字濾波器不需要增加硬件設(shè)備,只要在程序進入數(shù)據(jù)處理和控制算法之前,附加一段數(shù)字濾波程序即可。數(shù)字濾波器還可以根據(jù)信號的不同,根據(jù)傳感器的特性,采用不同的濾波參數(shù)。獲得準確的采樣信號后,CPU通過紡織工藝理論與自動控制理論相結(jié)合,建立混合環(huán)模型進行運算,控制給棉電機無極調(diào)速,達到控制棉條重量偏差和重不勻的目的。5棉條的不勻率在清梳聯(lián)系統(tǒng)工作正常時,通過梳棉機自調(diào)勻整控制系統(tǒng)的作用,棉條的不勻率可達到:5m重不勻(內(nèi)不勻),H小于1.0%;5m重不勻(外不勻),H小于1.5%;棉條合格率:棉條定量±0.8g/5m為合格≥95%。6國內(nèi)技術(shù)的研究與研制難度