CN100428094C - 自调匀整开环控制器延时整定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种自动控制技术领域的自调匀整开环控制器延时整定的方法。两条曲线的相错时间就是棉条从输入检测点到输出检测点的延时，记作τ₁，互相关函数取得最大值对应的τ就是所要求的棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁；整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时，记作τ₂，互相关函数取得最大值对应的τ就是棉条通过分梳变速点到输出检测点的时间延迟τ₂；计算开环控制器延时τ_o，棉条从输入检测点到输出检测点的延时减去棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时，为开环控制器延时为τ_o，即：τ_o＝τ₁-τ₂。本发明需要两组试验数据即可以相当精确地完成，较之与二分试验法可以大大减少试验次数和提高整定自动化水平。

Description

自调匀整开环控制器延时整定的方法

技术领域

本发明涉及的是一种自动控制技术领域的方法，特别是一种自调匀整开环控制器延时整定的方法。

背景技术

自调匀整控制广泛应用于以梳棉机和并条机为代表的纺织机械中，以改善出条重不匀、进而提高最终成纱质量。实现短或者超短片断自调匀整控制的一个有效方法是采用开环控制器，开环控制器先检测棉条(梳棉机中为棉层，并条机中为棉条，以下简称：棉条)的线密度，然后再控制牵伸比，从而调整输出条子的线密度，具有针对性强的特点。理论上说，如果使控制器的时间延迟与棉条通过输入检测点到分梳变速点之间所需的时间(此时间称为开环控制器延时)配合得当，并使牵伸倍数的变化完全与输入棉条的线密度变化相适应，就可使各种波长(长、中、短)的不匀都得到及时正确的匀整，改善各种片断的不匀率。自调匀整开环控制器的匀整效果取决于两个条件：1、严格符合调节的基本方程，主要是正确检测，正确调速；2、棉条检测与匀整变速在时间上配合得当，即延时的准确控制。在这两个因素中，延时的控制又是决定性的，因为在延时准确的前提下，即使无法知道调节基本方程，通过减小比例控制增益，其结果最多是不能达到最优的控制效果，但仍然起改善作用；相反，在延时控制不准的情况下，即使控制率准确，其效果也是恶化短片断重不匀的。特别对于像高速并条机这种因为检测技术的限制而无法采用闭环(混合环)控制而又对短片断重不匀要求很高的设备，延时控制非常关键。

经对现有技术文献的检索发现，吴敏在《棉纺织技术》1998年26卷第3期143～147页上的一文“USC并条机自调匀整装置的机理与工艺测试”中论述了几何计算法和在试验基础上的二分细化法：几何计算法给出了一个和设备尺寸和加工纤维的平均长度有关的公式，但其计算精度较低，一般只适合作粗略估算或为二分细化法提供初值；试验基础上的二分细化法，在设备制造商推荐值的左右选定两个值进行试验，通过分析试验结果缩小取值范围，重复此过程逐步缩小取值范围，最终整定获得满意的开环控制器延时，但此方法试验操作不便，繁琐耗时。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自调匀整开环控制器延时整定的方法。使其大大减少试验次数和提高整定自动化水平，而且无需知道设备的几何参数和加工纤维的平均长度，并且精度高。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明具体步骤如下：

①设输出棉条速度恒定，为常数C，牵伸比为常数k，在恒定的喂入棉条速度C/k下开机运行，设在输入检测点检测到的棉条的线密度为ρ₁(t)，输出检测点检测到的棉条的线密度为ρ₂(t)，不考虑意外牵伸，则ρ₁(t)、ρ₂(t)两曲线波形相似但彼此相错开一段时间，两条曲线的相错时间就是棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁，ρ₁(t)和ρ₂(t)都可以看成是各态历经过程，它们的互相关函数为：

$R_{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ρ}}_2}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^T{\mathrm{\ρ}}_1\left(t\right){\mathrm{\ρ}}_2(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

由于ρ₂(t)≈ρ₁(t-τ₁)/k，互相关函数取得最大值对应的τ就是所要求的棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁；

②整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时，设喂入棉条的线密度恒定，为常数1，设输出棉条速度恒定，为常数C，开机运行，通过改变喂入棉条的速度来改变出口棉条的线密度，设喂入棉条速度为v(t)，输出检测点检测到的棉条的线密度为ρ₃(t)，则v(t)、ρ₃(t)两曲线波形相似但彼此相错开一段时间，两条曲线的相错时间就是棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时τ₂。求v(t)和ρ₃(t)的互相关函数：

$R_{v{\mathrm{\ρ}}_3}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}v\left(t\right){\mathrm{\ρ}}_3(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

由于ρ₃(t)≈v(t-τ₂)/C，互相关函数取得最大值对应的τ就是棉条通过分梳变速点到输出检测点的时间延迟τ₂；

③计算开环控制器延时，棉条从输入检测点到输出检测点的延时减去棉条通过分梳变速点到输出检测点的时间，为开环控制器延时τ_o，即：

τ_o＝τ₁-τ₂。

所述的整定棉条从输入检测点到输出检测点的延时以及所述的整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时过程中，计算机控制系统对时间连续变量ρ₁(t)、ρ₂(t)、v(t)和ρ₃(t)进行离散采样，具体为：自调匀整控制计算机AD模块对ρ₁(t)进行定时采样获得序列ρ_1i，其中i＝1，2，3…，对ρ₂(t)进行定时采样获得序列ρ_2i，其中i＝1，2，3…，v(t)是在喂入棉条基准速度C/k上增加一个随机扰动形成的，直接通过软件定时采样获得序列v_i，其中i＝1，2，3…，自调匀整控制计算机AD模块对ρ₃(t)进行定时采样获得序列ρ_3i，其中i＝1，2，3…，求ρ₁(t)、ρ₂(t)互相关函数取得最大值对应的τ点转化成求：

$R_{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ρ}}_2}\left(n\right)=\underset{N\→\∞}{\lim }\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{1i}{\mathrm{\ρ}}_{2i+n}$

取得最大值时对应的n，求得n后乘以定时时长就是要求的延时τ₁；同理，求v(t)、ρ₃(t)互相关函数取得最大值对应的τ点转化成求：

$R_{v{\mathrm{\ρ}}_3}\left(n\right)=\underset{N\→\∞}{\lim }\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{1i}{\mathrm{\ρ}}_{3i+n}$

取得最大值时对应的n，求得n后乘以定时时长就是要求的延时τ₂。

所述的整定棉条从输入检测点到输出检测点的延时以及整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时过程中，通过提高信号源的强度以提高信噪比来提高延时整定精度，具体做法是：在求τ₁时，选用长片断重不匀很差的棉条输入；在求τ₂时，在喂入棉条尽可能均匀的情况下增大喂入棉条速度扰动量。

本发明以信号分析相关理论为基础整定自调匀整开环控制器的延时，只需要两组试验数据即可以相当精确地完成，该方法较之与几何法无需知道设备的几何参数和加工纤维的平均长度并且精度高，较之与二分试验法可以大大减少试验次数和提高整定自动化水平。

附图说明

图1输入检测点和输出检测点棉条线密度-时间曲线示意图

图2喂入棉条速度和输出检测点棉条线密度-时间曲线示意图

图3自调匀整开环控制延时示意图

具体实施方式

结合本发明方法的内容提供以下实施例：

本实施例在某股份有限公司FA398高速自调匀整并条机上采用。主机为FA398单眼高速并条机，控制系统采用了一体化的自调匀整控制和在线监测系统，控制系统具备喂入棉条线密度检测和输出棉条线密度检测功能，短片段自调匀整控制采用先检后控的开环控制器。本实施例实施步骤如下：

①整定棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁，固定喂入棉条速度和输出棉条速度开机运行，设在输入检测点检测到的棉条的线密度为ρ₁(t)，输出检测点处检测到的棉条的线密度为ρ₂(t)，则ρ₁(t)、ρ₂(t)两曲线波形相似但彼此相错开一段时间，如图1所示，两条曲线的相错时间就是棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁，ρ₁(t)和ρ₂(t)的互相关函数 $R_{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ρ}}_2}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^T\left(t\right){\mathrm{\ρ}}_2(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$ 取得最大值对应的τ就是所要求的棉条从输入检测点到输出检测点的延时；

②整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时τ₂，固定喂入棉条的线密度和输出棉条速度开机运行，通过改变喂入棉条的速度来改变出口棉条的线密度，设喂入棉条速度为v(t)，输出检测点检测到的棉条的线密度为ρ₃(t)，则v(t)、ρ₃(t)两曲线波形相似但彼此相错开一段时间，如图2所示，两条曲线的相错时间就是棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时τ₂，v(t)和ρ₃(t)的互相关函数 $R_{v{\mathrm{\ρ}}_3}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}v\left(t\right){\mathrm{\ρ}}_3(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$ 取得最大值对应的τ就是棉条通过分梳变速点到出口检测点的延时；

③计算开环控制器延时τ_o，如图3所示，开环控制器延时为棉条从输入检测点到输出检测点的延时减去棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时，即τ_o＝τ₁-τ₂。

本实施例在生产中当更换品种需要重新设定开环控制器延时时，只需在人机界面上按下“整定”按钮，给机器喂入较差的棉条，开机运行半分钟左右，在这半分钟左右的时间内，棉条喂入和输出速度恒定，系统定时采集通过棉条喂入检测点和输出检测点的线密度数据，经滤波处理后存在两个数组中构成两个时间序列，对这两个时间序列进行相关运算，就得到了τ₁，之后自动停机并在人机界面上提示“请喂入正常棉条后开机继续运行”，按要求更换喂入棉条开机，在开始的半分钟左右时间内，棉条输出速度恒定，喂入速度变化，系统定时采集棉条喂入速度和通过输出检测点的线密度数据，经滤波处理后存在两个数组中构成两个时间序列，对这两个时间序列进行相关运算，得到了τ₂，τ₁-τ₂即是开环控制器的延时τ_o，至此开环控制器延时整定完成，机器自动进入正常运行状态。

本实施例自动整定的开环控制器延时精度高，短片段自调匀整控制的效果得到了提高，并条机在600米每分钟的出条速度下，1米和5米CV值分别稳定在1％和0.62％附近，现场使用证明该方法是一种精确、经济、易超作的方法。

该方法还在另一个股份有限公司JFA226高产梳棉机控制系统中应用，相同的步骤和操作过程，同样取得了良好的效果。

Claims (3)

1、一种自调匀整开环控制器延时整定的方法，其特征在于，具体步骤如下：

①设输出棉条速度恒定，为常数C，牵伸比为常数k，在恒定的喂入棉条速度C/k下开机运行，设在输入检测点检测到的棉条的线密度为ρ₁(t)，输出检测点检测到的棉条的线密度为ρ₂(t)，不考虑意外牵伸，则ρ₁(t)、ρ₂(t)两曲线波形相似但彼此相错开一段时间，两条曲线的相错时间就是棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁，ρ₁(t)和ρ₂(t)都看成是各态历经过程，它们的互相关函数为：

$R_{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ρ}}_2}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^T{\mathrm{\ρ}}_1\left(t\right){\mathrm{\ρ}}_2(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

由于ρ₂(t)≈ρ₁(t-τ₁)/k，互相关函数取得最大值对应的τ就是所要求的棉条从输入检测点到输出检测点的延时τ₁；

②整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时，设喂入棉条的线密度恒定，为常数1，设输出棉条速度恒定，为常数C，开机运行，通过改变喂入棉条的速度来改变出口棉条的线密度，设喂入棉条速度为v(t)，输出检测点检测到的棉条的线密度为ρ₃(t)，则v(t)、ρ₃(t)两曲线波形相似但彼此相错开一段时间，两条曲线的相错时间就是棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时τ₂，求v(t)和ρ₃(t)的互相关函数：

$R_{{\mathrm{v\ρ}}_3}\left(\mathrm{\τ}\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}v\left(t\right){\mathrm{\ρ}}_3(t+\mathrm{\τ})\mathrm{dt}$

由于ρ₃(t)≈v(t-τ₂)/C，互相关函数取得最大值对应的τ就是棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时τ₂；

③计算开环控制器延时，棉条从输入检测点到输出检测点的延时减去棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时，为开环控制器延时τ_o，即：

τ₀＝τ₁-τ₂。

2、根据权利要求1所述的自调匀整开环控制器延时整定的方法，其特征是，所述的整定棉条从输入检测点到输出检测点的延时以及所述的整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时过程中，计算机控制系统对时间连续变量ρ₁(t)、ρ₂(t)、v(t)和ρ₃(t)进行离散采样，具体为：自调匀整控制计算机AD模块对ρ₁(t)进行定时采样获得序列

其中i＝1，2，3…，对ρ₂(t)进行定时采样获得序列

其中i=1，2，3…，v(t)是在喂入棉条基准速度C/k上增加一个随机扰动形成的，直接通过软件定时采样获得序列v_i，其中i＝1，2，3…，自调匀整控制计算机AD模块对ρ₃(t)进行定时采样获得序列

其中i＝1，2，3…，求ρ₁(t)、ρ₂(t)互相关函数取得最大值对应的τ点转化成求：

$R_{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ρ}}_2}\left(n\right)=\underset{N\→\∞}{\lim }\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{1_i}{\mathrm{\ρ}}_{2_{i+n}}$

取得最大值时对应的n，求得n后乘以定时时长就是要求的延时τ₁；同理，求v(t)、ρ₃(t)互相关函数取得最大值对应的τ点转化成求：

$R_{{\mathrm{v\ρ}}_3}\left(n\right)=\underset{N\→\∞}{\lim }\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{1_i}{\mathrm{\ρ}}_{3_{i+n}}$

取得最大值时对应的n，求得n后乘以定时时长就是要求的延时τ₂。

3、根据权利要求1或者2所述的自调匀整开环控制器延时整定的方法，其特征是，所述的整定棉条从输入检测点到输出检测点的延时以及所述的整定棉条通过分梳变速点到输出检测点的延时过程中，通过提高信号源的强度以提高信噪比来提高延时整定精度，具体做法是：在求τ_i时，选用长片断重不匀很差的棉条输入；在求τ₂时，在喂入棉条尽可能均匀的情况下增大喂入棉条速度扰动量。

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