CN101175685B - 用于纺织机工作站的纱线移位驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于纺织机工作站的控制纱线移位的机构，该机构包括导纱器、为其提供的单个电动机驱动器、用于确定导纱器的实际角位置(11)的角度传感器和控制器(4)，该控制器用于预先确定所述单个电动机驱动器的输出级的至少一个校正变量(9)，以驱动纱线。用于控制纱线移位的本发明机构通过防止移位误差而可以获得较高的移位频率，其中控制器(4)包括精确控制至少一个校正变量(9)从而控制所述导纱器的实际角位置(11)的多变量控制系统。提供了状态监控器(12)用于精确地确定诸如实际控制部分(10)中的内部状态，并将它们传送至所述控制器。

Description

用于纺织机工作站的纱线移位驱动器

技术领域

本发明涉及一种特别是用于纺织机工作站的纱线移位驱动器，该纱线移位驱动器包括导纱器、为其提供的单个电动机驱动器、用于检测该导纱器的实际角位置

的角度传感器和控制器，利用该控制器可预先确定所述单个电动机驱动器的输出级的至少一个控制变量(u)，以驱动所述导纱器。

背景技术

例如从文献DE 19858548A1公知的那样，为了生产纺织纱管，一方面使相关的纺织纱管旋转，而另一方面使运行到纱管上的纱线沿纱管轴线横动。纱线的横动例如借助于还被称为刮擦器的指状导纱器进行。从而可在将被生产的纱管内生成特定或预定的卷绕结构，纱管的驱动器必须与导纱器的驱动器分开。通过所需驱动器的这一解耦，可生成精密的卷绕或分级精密的卷绕。因此，此技术措施意味着可避免在纱管上出现可能在稍后的退绕期间会导致严重问题的卷绕模式。因此，具有所谓交叉卷绕的这种纺织纱管不仅以比较稳定的纱管主体而且还以良好的退绕性能而著称。

通过使用从文献DE 19858548A1公知的设有电磁驱动器的导纱器，可通过纱线的比较迅速和精密的横动而生产高质量的交叉卷绕纺织纱管。从纯机械的角度来看，使用指状导纱器允许纱线位移频率大于30Hz。但是，在导纱器的反转点(reversal point)处存在较高的加速度值，从而由于导纱器的质量惯性而容易在该反转点处导致过冲，必须精确致动或控制导纱器的驱动以避免出现纱线移位误差。现有技术中公知的开环和闭环控制系统仅能够在较低纱线移位频率下实现对导纱器的精确驱动。因此，只能在有限程度内利用导纱器的技术可能性，这总体上影响了相应卷绕站的卷绕速度并因此还影响了纺织机的生产率。

非在先出版物DE 10354587A1中，描述了用于上述导纱器或刮擦器的专用角度传感器。该角度传感器在其中包含模拟霍尔传感器和磁体，通过此角度传感器对导纱器的实际角位置进行检测并将其传送给导纱器驱动器的开环或闭环控制系统以便进行进一步处理，并没有对该控制系统进行更详细地说明。尽管可用公开的角度传感器迅速而精确地确定导纱器的实际角位置，但还是没有解决以前使用的开环或闭环控制系统的上述问题。

WO 99/05055A描述了一种用于移位纱线的方法和横动装置。在此示例中，通过电动机使横动导纱器运动，而横动导纱器的期望位置由该电动机的位置确定。横动导纱器的实际位置由测量装置连续检测，并被供应至控制装置，该控制装置对横动导纱器的位置进行期望/实际比较，并产生相应的差信号，以控制电动机。可通过幅值来控制该电动机。在真实值和期望值之间存在偏差时，电动机通过该差信号接收随着该差信号的幅值而变化的电流。因此，特别是在反转区域内能以较高的精度执行横动导纱器的定位。

鉴于上述现有技术，因此，本发明的一个目的是提供一种具有导纱器的纱线移位驱动器，其允许较高的位移频率且同时可消除纱线位移误差。在该过程中，应尽可能利用现有的技术结构或构造。

发明内容

为了实现此目的，提出了一种纱线移位驱动器，该纱线移位驱动器包括导纱器、为其提供的单个电动机驱动器、用于检测该导纱器的实际角位置

的角度传感器和控制器，利用该控制器可预先确定所述单个电动机驱动器的输出级的至少一个控制变量(u)，以驱动所述导纱器，所述纱线移位驱动器的特征在于，所述控制器包括利用至少一控制变量(u)精确控制所述导纱器的实际角位置

的多变量控制系统，并且下列输入变量中的数个作为期望值输入所述控制器：

i)所述导纱器的预定角位置

ii)所述导纱器的相应的力矩(M_desired)，

iii)所述导纱器的相应的角加速度(ω_point_desired)，

iv)所述导纱器的相应的角速度(ω_desired)，以及

v)所述驱动器的移位所需的电流(I_desired)。

下面列出了根据本发明的纱线移位驱动器的有利变型。

在一个变型中，存在部分模型，该模型模拟控制部分，其中该控制部分包括电流输出级和纱线移位系统的驱动器，并且该部分模型从预定的角位置

预先确定所述导纱器的所述控制器的多个其它输入变量。

在一个变型中，在所述控制部分之后存在反馈，该反馈向所述控制器提供可与所述期望值比较的实际值。

在一个变型中，所述控制部分之后的可与所述期望值比较的实际值可被状态观测器确定为所谓的估计值，且所述估计值可被所述控制器利用，并且至少一个控制变量(u)和实际角位置

用作所述状态观测器的输入变量。

在一个变型中，所述状态观测器生成的所述估计值包括：

i)所述导纱器的预定角位置

ii)所述导纱器的相应的力矩(M_top)，

iii)所述导纱器的相应的角加速度(ω_point_top)，

iv)所述导纱器的相应的角速度(ω_top)，以及

v)所述驱动器的移位所需的电流(I_top)。

在一个变型中，所述状态观测器是Luenberger观测器。

在一个变型中，在所述控制器中，通过分别相互独立的加权分量对各个期望值和实际值进行加权。

在一个变型中，所述加权分量包括对各个期望值和实际值的线性、位势或指数加权。

在一个变型中，用于检测所述导纱器的所述实际角位置

的角度传感器具有模拟霍尔传感器和磁体，它们相互操作地相连。

在一个变型中，所述磁体是永磁体。

可使用预定的卷绕结构来计算包含各个实际角位置的导纱器所必需的位移曲线。所述导纱器必须精确地遵循此位移曲线。为此，根据本发明提供这样的控制器，其包括多变量控制系统以便利用真实控制部分的至少一个控制变量(u)来精确控制所述导纱器的角位置

输出级与导纱器的机电移位驱动器形成真实或实际控制部分。因此通过使用多变量控制系统，可实现在需要的纱线移位频率下用于定位所述导纱器的期望精确控制。

本发明的主题有利地设定为除了所述控制器的至少一个测量的输入变量之外，还生成至少一个非测量的输入变量。为了为所述控制器的所述多变量控制系统提供其它的输入变量，除了所述导纱器的预定角位置之外，例如相应的力矩(M_desired)、相应的角加速度(ω_point_desired)、相应的角速度(ω_desired)以及所述导纱器的驱动器的移位所需的电流(I_desired)的多个输入变量也被作为期望变量输入。因此，在所述导纱器的每个角位置

控制器还可利用关于力矩(M_desired)、角加速度(ω_point_desired)、角速度(ω_desired)和所需驱动电流(I_desired)的信息。由于预先计算的位移曲线，从而所述控制器系统或控制器可在较高的纱线移位速度下防止导纱器在纱管的反转点处过冲以及其他的移位误差。这明显仅适用于没有产生干扰变量的情形。

因此，除了角位置的期望变量

之外，无需为卷绕结构的每条位移曲线额外提供力矩的期望值(M_desired)、角加速度的期望值(ω_point_desired)、角速度的期望值(ω_desired)和移位电流的期望值(I_desired)，通过部分模型(section model)从各个角位置

计算遗漏的用于理想控制部分的变量，该部分模型通过控制技术或者在数学上模拟真实控制部分。在此情况下，角位置的期望变量

一方面直接进入控制器，另一方面并行地进入理想控制部分的部分模型。对应于相应角位置

的力矩(M_desired)、相应的的角加速度(ω_point_desired)、相应的角速度(ω_desired)和必要的位移电流(I_desired)借助于所述理想控制部分而被确定，并作为部分模型的输出变量进入控制器以作为所述多变量控制的其它期望变量。

所述控制器还可方便地利用可与输入的预期值相比较的实际值，这些实际值包含所述导纱器的实际角位置

当前力矩(M_actual)、当前角加速度(ω_point_actual)、所述导纱器的当前角速度(ω_actual)以及可用的移位电流(I_actual)。因为实际上一系列干扰变量作用在实际控制部分上，所以所述控制系统还需要这些变量的实际值以能够补偿实际值与预期值的偏差。这些实际值例如可被额外的传感器或测量检测器直接检测到，或者借助于其它在物理上可检测的被测量变量间接地计算，并通过反馈被传送给控制器。当然，对由转矩所代表的力矩以及纱线移位驱动器内的电流(I_actual)的精确测量在技术上非常费力且昂贵。角速度和角加速度可通过角度传感器提供的信号导出而生成。由于所述控制系统应该有利地被数字化以将这些计算转化到微处理器内，从而数值的导出会产生噪声很多的信号。从而要能使用此信号，就不可避免地要进行滤波。但是，这会导致大量丧失动态信息。

因此，提供改进本发明的另一措施，即，可通过状态观测器将真实控制部分之后的(可与所述控制器的期望值)比较的实际值确定为所谓的估计值(

M_top、ω_point_top、ω_top、I_top)，并(通过已经提高到的反馈)将它们传送给控制器，所述控制器的至少一个控制变量(u)和实际角位置

可用作所述状态观测器的输入变量。所述状态观测器本身是另一非时变模型，通过该模型可重构期望的实际值。尽管从所述状态观测器获得的值被称为“估计值”，但是它们绝不是“被估计的值”，而是被精确确定和计算的值。换句话说，所连接的观测器使得内部状态(例如所述真实控制部分内存在的状态)可被足够精确地确定，并被提供给所述控制器。由于此措施从而无需上述、额外的传感器，这是因为只有角位置的真实值由已有的角度传感器检测。因此，通过所使用的状态观测器还能克服额外测量传感器的上述缺点。从而，可恢复为纱线移位驱动器的现有技术结构或构造。

在另一优选实施方式中，该状态观测器构造成Luenberger观测器或所谓的渐进观测器。就Luenberger观测器而言，例如可参考Otto

的“Regelungstechnik”(控制技术)，Dr.Alfred Hüthig Verlag Heidelberg1990。在该书的502页等处更详细地解释了如何确定观测器参数，以及如何利用复杂的传递函数为单变量系统或如本示例中的多变量系统设计观测器。所提出的Luenberger观测器的优点是可借助于该观测器在最初的干扰之后再次精确地重构系统状态。这特别适用于时常重复的干扰，因为观测器能够再次检测新的系统状态。因此，使用Luenberger观测器使得即时在可能存在干扰的情况下仍可精确地控制纱线移位驱动器。

方便的是，在控制器内通过分别相互独立的加权分量为各个期望值和真实值提供加权，从而可以以简单的方式进一步提高控制器的控制质量。例如可通过实验确定各个值的相应的加权。

此外，有利的是，各个期望值和实际值不仅能够被加权分量以线性方式加权而且还能够以位势(potential)或指数方式加权是有利的。如上文已经提到的，此措施还能以简单方式进一步提高控制质量。

例如在已经执行加权之后，可通过所述控制器检测各个期望/实际值的控制差，从而所述控制器可对控制差中不等于零的至少一个控制变量(u)进行校正。因此，可利用所提出的控制器再现控制算法，该控制算法执行用于可能的各个变量的加权内的控制变量的期望/实际值比较，并且如果存在控制差别的话则重新确定或重新计算至少一个控制变量(u)。

在本发明的另一个可选实施方式中，使用角度传感器来检测所述导纱器的实际角位置

该角度传感器具有模拟霍尔传感器和磁体尤其是永磁体，它们相互操作地连接。从DE 10354587A1可了解更多的细节和应用示例。但是，很明显，除了该模拟霍尔传感器之外，还可使用光学(数字)角度传感器来检测所述导纱器的实际角位置

使用控制技术或在数学上对该部分模型和/或状态观测器进行模拟的计算器(微处理器或计算机)使得可经济而简单地实现本发明。如果使用这种计算机，则该计算机还可用于控制器。从而可进一步简化本发明的技术结构，并且进一步节约成本。

为了优化被用于生产纱管并配备有根据本发明的纱线移位驱动器的纺织机的效率，所有工作站都配备根据本发明的纱线移位驱动器。

本发明允许实现较高的纱线移位频率而同时可避免移位误差。尽可能地使用了纱线移位驱动器的现有技术结构。

有利的是，角位置一方面作为期望值直接进入所述控制器，另一方面作为在上游连接的部分模型的输入变量，该部分模型通过控制技术或在数学上模拟真实控制部分。由于在上游连接的此部分模型，所以可为所述控制器的多变量控制确定另外的期望值，例如与该角位置对应的角速度(ω_desired)、相应的力矩(M_desired)、相应的角加速度(ω_point_desired)和必要的移位电流(I_desired)。因此，只要在系统内没有出现干扰变量，则就可实现对纱线移位驱动器的精确和迅速的控制。

不幸的是，实际上并不能完全排除干扰变量，从而有利的是，在保持纱线移位驱动器的现有技术结构的同时，利用状态观测器由所述控制器的控制变量(u)和实际角位置生成所述导纱器的角位置

所述导纱器的相应的角速度(ω_top)、相应的力矩(M_top)、相应的角加速度(ω_point_top)、和移位所需的驱动器电流(I_top)作为估计值，并且它们可被控制器用作另外的输入变量(通过反馈)。因此，所述控制系统还对可能的干扰起反应，从而补偿干扰。

并非在任何情况下都要用全部五个输入变量来进行控制。例如，根据本发明用三个输入变量(例如角位置、角速度和电流)进行控制是可行的。但是，也可使用多于五个的输入变量进行控制。输入的输入变量越多，则可实现的控制精度就越高。但是，控制的花费随着输入变量数量的增加而提高。

附图说明

从下面针对本发明的实施方式的说明和附图中将明了本发明的其它优点、特征和细节。在此情况下，权利要求以及说明书中提到的特征可独立地或任意组合地作为本发明的基础。附图中：

图1示出关于纱线移位驱动器的示例性控制结构的框图。

标号列表

1期望值传感器

2期望变量/值

3具有理想控制部分的部分模型

4控制器

5用于对期望值进行加权的加权分量

6用于对实际值或估计值进行加权的加权分量

7计算机单元

8期望/实际值比较

9控制变量

10真实或实际控制部分(输出级+机电纱线移位驱动器)

11实际值/控制变量

12观测器

13估计值

14干扰变量

具体实施方式

图1示出关于具有状态观测器12的纱线移位驱动器的控制结构的框图。在此情况下，预定角位置

作为期望变量2从期望值传感器1直接进入控制器4。此预定角位置

还用作部分模型3的输入变量。利用部分模型3，包含导纱器驱动器输出级以及其它机电纱线移位驱动器的真实控制部分10描述为理想控制部分。因此，可生成另外的期望变量2，即导纱器的相应的力矩(M_desired)、所需的位移电流(I_desired)、相应的角速度(ω_desired)和相应的角加速度(ω_point_desired)作为控制器4的其它输入变量。在控制器4内，可单独地通过分别针对每个期望变量2的加权分量5为每个被输入的期望变量2提供加权。

因此，控制器4还可对可能的干扰变量14作出反应，所述干扰变量作用在真实控制部分10上，在真实控制部分10的末端出现的实际值也被输入，作为与期望值2进行比较的基础。为此，将实际值反馈给控制器4。但是，在本示例中，由于呈现的实际值仅由不成比例的花费确定，所以期望的实际值作为估计值13被从状态观测器12提供给控制器4。即，通过使用代表电压的控制变量9(u)和包含导纱器的实际角位置11

的控制变量11，状态观测器12使得可确定与需要的实际值相比较的估计值13。这些实际值包括实际角位置11

相关联的力矩(M_actual)、相关联的导纱器角速度(ω_actual)、相关联的角加速度(ω_point_actual)和实际位移电流(I_actual)。因此，状态观测器12提供角位置11相关联的力矩(M_top)、相关联的导纱器角速度(ω_top)、相关联的角加速度(ω_point_top)和位移电流(I_top)的估计值13。通过使用状态观测器12，随后无需改变纱线移位驱动器的技术结构或构造。

如上所述，状态观测器12确定的估计值13作为其它变量输入控制器4。因此，无需通过在真实控制部分10的末端进行测量来确定多个不同实际值。此外，由于已有的加权分量6，从而在控制器4内可对反馈的估计变量13进行加权。由此得到的变量在计算机单元7内进行处理，并通过期望值/实际值比较器8与也被加权的期望变量2进行比较。期望值/实际值的比较通常是通过计算差值进行的。如果结果不是零，则控制器将执行对真实控制部分10的至少一个控制变量9(u)的校正。这意味着导纱器再次达到其预定角位置

控制器4输出的控制变量9(u)被传送给真实控制部分10，从而改变导纱器的角位置。导纱器的实际角位置11

由未示出的角传感器检测，并且是所示控制系统的实际控制变量11。此控制变量11是整个控制系统的唯一被实际确定的实际值。

如上所述，还可想到，通过其它传感器或测量检测器检测所需的实际值并经由反馈将它们传送给控制器4。

Claims (10)

1.一种用于纺织机的工作站的纱线移位驱动器，该纱线移位驱动器包括导纱器、为其提供的单个电动机驱动器、用于检测该导纱器的实际角位置的角度传感器和控制器(4)，利用该控制器可预先确定所述单个电动机驱动器的输出级的至少一个控制变量(9)，以驱动所述导纱器，所述纱线移位驱动器的特征在于，所述控制器(4)包括利用至少一个控制变量(9)精确控制所述导纱器的实际角位置的多变量控制系统，并且下列输入变量中的数个作为期望值(2)输入所述控制器(4)：

i)所述导纱器的预定角位置，

ii)所述导纱器的相应的力矩，

iii)所述导纱器的相应的角加速度，

iv)所述导纱器的相应的角速度，以及

v)所述驱动器的移位所需的电流。

2.根据权利要求1所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，存在部分模型(3)，该模型模拟控制部分(10)，其中该控制部分(10)包括电流输出级和纱线移位系统的驱动器，并且该部分模型(3)从预定的角位置预先确定所述导纱器的所述控制器(4)的多个其它输入变量。

3.根据权利要求2所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，在所述控制部分(10)之后存在反馈，该反馈向所述控制器(4)提供可与所述期望值(2)比较的实际值。

4.根据权利要求2所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，所述控制部分(10)之后的可与所述期望值(2)比较的实际值可被状态观测器(12)确定为所谓的估计值(13)，且所述估计值(13)可被所述控制器(4)利用，并且至少一个控制变量(9)和实际角位置用作所述状态观测器(12)的输入变量。

5.根据权利要求4所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，所述状态观测器(12)生成的所述估计值(13)包括：

i)所述导纱器的预定角位置，

ii)所述导纱器的相应的力矩，

iii)所述导纱器的相应的角加速度，

iv)所述导纱器的相应的角速度，以及

v)所述驱动器的移位所需的电流。

6.根据权利要求4所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，所述状态观测器(12)是Luenberger观测器。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，在所述控制器(4)中，通过分别相互独立的加权分量(5，6)对各个期望值和实际值进行加权。

8.根据权利要求7所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，所述加权分量(5，6)包括对各个期望值和实际值的线性、位势或指数加权。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，用于检测所述导纱器的所述实际角位置(11)的角度传感器具有模拟霍尔传感器和磁体，它们相互操作地相连。

10.根据权利要求9所述的纱线移位驱动器(1)，其特征在于，所述磁体是永磁体。

Images