CN101509159B

CN101509159B - 一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置及方法

Info

Publication number: CN101509159B
Application number: CN2009100480972A
Authority: CN
Inventors: 周武能; 李宏亮; 王新厚; 张碧莹
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: CN101509159A

Abstract

本发明提供了一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置及方法，本发明的装置包括后罗拉，在后罗拉的前方设有中罗拉组，在中罗拉组的前方设有前罗拉，在后罗拉的后方设有第一检测机构，后罗拉与前罗拉分别联结第一执行机构与第二执行机构，在中罗拉组之间设有第二检测机构，第一检测机构及第二检测机构的输出端连接控制机构的输入端，控制机构的输出端分别连接第一执行机构与第二执行机构的输入端。本发明的方法为棉条首先通过后罗拉及中罗拉组完成第一次的开环匀整随后通过中罗拉组及前罗拉完成第二次的开环匀整。本发明的优点是：特别适用于并条机，消除了原系统所存在的盲区、死区及提前或滞后匀整的问题。

Description

一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置及方法

技术领域

本发明涉及应用于自调匀整技术的双开环控制装置及方法，用于并条机自调匀整及梳棉机自调匀整，属于棉纺织装置及方法技术领域。

背景技术

自调匀整是属于自动控制的一种形式，它能根据喂入或输出棉条定量的偏差，即与额定值的差值，通过改变喂入罗拉或输出罗拉的速度，相应地调节牵伸装置的牵伸倍数，使纺出棉条的定量保持一个稳定的符合要求的数值。一般都是根据喂入的棉条的线密度与额定值(额定值可根据输出的设定值和输入和输出的额定牵伸倍数确定)的差异调节机器的牵伸倍数，使输出的棉条的线密度保持在设定值附近。

常见的自调匀整装置可以分为开环控制装置、闭环控制装置和混合环控制装置这三种：

第一、开环自调匀整系统

开环系统的自调匀整装置如图1所示，在罗拉1的前部设有检查机构，罗拉1与执行机构相联结，检测机构连接控制机构，控制结构连接执行结构。执行机构通常为电机，检测机构通常为凹凸罗拉，而控制机构通常为工业控制计算机。其主要特点是先检测后控制，系统中的控制回路是非封闭的。开环系统为针对性匀整，可以匀整较短的片段长度，中长片段也能得到较大的改善，调节性能较好。在开环系统中，喂入纱条的重量是在尚未进入牵伸装置时由检测机构进行检测的，只要控制系统的时间延迟与纱条通过检测点到匀整点之间所需的时间配合得当，以及使牵伸倍数的变化完全正比于纱条厚度的变化，可以消除一定频率范围内的不匀波。但实际控制过程是随机多变的，所以开环控制具有动态特性差，抗干扰性能较弱以及时滞时间匹配比较困难等缺点，具体体现如下：

1、从检测点到匀整点之间这一不能得到检测数据的距离称为匀整盲区。开环系统存在较长的盲区距离。在盲区产生的变化和扰动不能反映到匀整结果中去，所以开环系统的静态特性比较差，不能自动修正由于检测后各环节或外界扰动所引起的偏差，如纱条的变化、电源电压变化、元件老化等，因此，它容易使最后的稳定值发生漂移，从而使调节后纱条的平均值高于或低于正常值。

2、由于盲区距离较长，开环系统不能保证控制系统的时间延迟与纱条通过检测点到匀整点之间所需的时间配合得当，从而会产生提前匀整或滞后匀整，最终影响匀整效果。

3、开环系统只进行针对性调节，不能核定调节结果。各环节参数变化或外界干扰引起的偏差也无法修正，易使条子定量产生偏差，所以开环系统运行的稳定性较差。

第二、闭环自调匀整系统：

闭环系统的自调匀整装置如图2所示，在罗拉2的后端设有检测机构，罗拉2与执行机构相联结，执行机构连接控制机构，控制机构连接检测机构。其主要特点是先调节后检测，在系统中控制回路为封闭的，即具有反馈回路。闭环系统是先匀整后检测，是按反馈原理进行自调匀整。闭环系统输出纱条的粗细波动幅度比开环系统大，但闭环系统由于反馈回路的作用，能自动修正各种因素波动所产生的偏差。闭环系统的针对性不强，故适宜于匀整较长片段或长片段的不匀，不匀的规律性越强，匀整效果越好。但闭环系统存在匀整死区，对短片断匀整效果不佳，控制针对性不强等弱点，具体体现如下：

1、从匀整点到检测点的距离称为匀整死区。闭环系统不能匀整波长等于或小于匀整点到检测点距离的不匀纱条。

2、由于在匀整后检测，检测的波动幅度大，对检测设备要求较高，对于响应检测信号的匀整罗拉2的运动特性要求比较高。

3、闭环系统的针对性不强，中段片段的不匀往往造成系统的误动作，反而使中短片段的均匀度恶化。因此，对闭环系统的调速环节反而要求不一定灵敏，以便不破坏或少破坏中断片段不匀。

4、由于死区的存在，为不使纱条的中短片段的均匀度恶化，只有当纱条的中短片段不匀处在允许范围内时，才能避免调速机构的误动作，产生较好的匀整作用。

第三、混合环自调匀整系统：

混合环的自调匀整装置如图3所示，在罗拉3的前端及后端分别设有检测机构，检测机构连接控制机构，控制机构连接执行机构，执行机构与罗拉3相联结。其特点是在牵伸的调整系统中，既有开环系统，又有闭环系统，两者结合使用。混合环的自调匀整装置兼有开环和闭环的优点，既能保持匀整效果，又能自动修正各种波动所造成的偏差。但是混合环系统同样存在闭环系统所面临的死区的问题。另外，混合环系统是两点检测，一点匀整，一般是在一套模糊规则的基础上进行模糊控制，其前提就是在一定的误差基础之上，而不是实时响应控制。

并条机上多以开环系统为主。因为并条机要求匀整的片段很短(如UST ER的USC系统可达到15～20mm，特别是要能消除精梳工序由于搭接引起的不匀；而且并条机的出条速度很快，国外并条机已达到1000m/min，国产并条机也达到600m/min，在这种情况下，准确检测输出棉条线速度很困难，据工厂实际使用情况来看，无法准确检测输出棉条线速度，则不可能构成闭环，预测控制理论无法使用，再者预测控制理论算法较复杂，对实时性要求太高的并条机自调匀整系统来讲实现较为困难。因此在能够检测输出棉条不匀的传感器开发出来之前，开环控制仍是首选。但为了防止由于各环节参数变化或干扰引起的条子定量偏差，都在前罗拉之后加装监视装置(如USTER的FP喇叭头)。当条子定量超出匀整范围时，就报警或停车

发明内容

本发明的目的是提供一种能更好得完善匀整效果的控制装置及方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置及方法。

一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置包括后罗拉，在后罗拉的前方设有中罗拉组，在中罗拉组的前方设有前罗拉，在后罗拉的后方设有第一检测机构，后罗拉与前罗拉分别联结第一执行机构与第二执行机构，在中罗拉组之间设有第二检测机构，第一检测机构及第二检测机构的输出端连接控制机构的输入端，控制机构的输出端分别连接第一执行机构与第二执行机构的输入端。

一种应用于自调匀整技术的双开环控制方法，其步骤为：

步骤1、在控制机构内设定喂入棉条的额定重量G₁₀及棉条第二次匀整输入的额定重量G₂₀并保持中罗拉组的转速V₃恒定在任意值上；

步骤2、棉条通过第一检测装置后，控制机构得到输入棉条的实际重量G₁，控制机构根据额定重量G₁₀与实际重量G₁的差值ΔG₁通过第一执行机构来调整后罗拉的转速V₁，完成第一次匀整；

步骤3、棉条通过第二检测装置后，控制机构得到棉条第一次匀整后的实际重量G₂，控制机构根据额定重量G₂₀与实际重量G₂的差值ΔG₂通过第二执行机构来调整前罗拉的转速V₃，完成第二次匀整。

在本发明中，后罗拉与中罗拉组构成第一组开环匀整系统，前罗拉与中罗拉组构成第二组开环匀整系统，第二组开环匀整系统可以修正由于盲区扰动信号造成的偏差，以及优化第一次匀整造成的误差，保证棉条的均匀度，提高系统的抗干扰性能。另外，由于是顺着控制方向的开环匀整，不是反馈式匀整，所以这里就消除了闭环系统和混合环系统所存在的匀整死区，能够实现实时针对性匀整。同时，可以根据中罗拉组的检测数据来确定盲区的扰动量，在扰动量超出预定值的情况下，实现预警或停机功能，保证自调匀整的质量。

本发明的优点是：

1、由于并条机要求匀整的片段多为短片段，而本发明充分利用了开环系统的优势特性，能对短片段进行有效匀整，对中长片段也能有效改善，因此特别适用于并条机；

2、由于第二个开环系统的存在，消除了开环系统所存在的盲区，使得在第一个开环系统所产生的纱条变化和外界扰动都能在第二个开环系统得到匀整；

3、由于不是反馈式匀整调节，本发明提供的双开环系统不存在闭环系统和混合环系统所存在的死区现象，扰动信号都能在紧接着的匀整点得到调节控制；

4、由于第二个开环系统的存在，开环系统由于滞后时间所导致的提前或滞后匀整问题在本发明提供的双开环系统中得到解决；

5、本发明提供的双开环系统可以根据两点检测值确定扰动实时数据，从而跟踪系统运行状态，控制系统运行过程；

6、与现在的三大系统相比，本发明提供的双开环系统多一次匀整调节控制，能更好的完善匀整效果。

附图说明

图1为开环控制装置的结构框图；

图2为闭环控制装置的结构框图；

图3为混合环控制装置的结构框图；

图4为本发明提供的一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置的结构框图；

图5为本发明提供的一种带两个控制机构的双开环控制装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明。

实施例1

如图4所示，为本发明提供的一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置的结构框图，包括后罗拉4，在后罗拉4的前方设有中罗拉组5，在中罗拉组5的前方设有前罗拉6，在后罗拉4的后方设有第一检测机构，后罗拉4与前罗拉6分别联结第一执行机构与第二执行机构，在中罗拉组5之间设有第二检测机构，第一检测机构及第二检测机构的输出端连接控制机构的输入端，控制机构的输出端分别连接第一执行机构与第二执行机构的输入端。中罗拉组5由两对罗拉7组成，第二检测机构设于两对罗拉7之间。

一种利用了上述装置的双开环控制方法，步骤为：

步骤1、在控制机构内设定喂入棉条8的额定重量G₁₀及棉条8第二次匀整输入的额定重量G₂₀并保持中罗拉组5的转速V₃恒定在任意值上；

步骤2、棉条8通过第一检测装置后，控制机构得到输入棉条8的实际重量G₁，控制机构根据额定重量G₁₀与实际重量G₁的差值ΔG₁通过第一执行机构来调整后罗拉4的转速V₁，完成第一次匀整，本步骤的具体数学推理如下：

步骤2.1、第一次匀整额定牵伸倍数

E_{10} = \frac{G_{10}}{G_{200}}

(式1)，其中，G₂₀₀为第一次匀整的目标值；

步骤2.2、由于过度匀整会造成棉条粗细度低于额定值，且不可逆，另外考虑到后罗拉运动的惯性原理，令额定重量G₂₀＝G₃＝minG₂(式2)，则额定牵伸倍数

E_{20} = \frac{G_{20}}{G_{3}} = 1,

使第二次匀整是对超出目标值的削除匀整，并保证前罗拉在有扰动量时一直做加速运动实现匀整，而不会出现加速减速相交替的复杂难控制情形；

步骤2.3、由匀整原理得实际牵伸倍数E₁：

E_{1} = \frac{G_{10} + Δ G_{1}}{G_{10}} E_{10}

(式3)；

步骤2.4、由式1、式3及式4可得：

G_{200} = G_{3} (\frac{G_{10} + \min Δ G_{1}}{G_{10} + \min Δ G_{1} + \min Δ_{3}}),

其中，minΔ₃＝minΔ₁+minΔ₂，minΔ₁为在匀整盲区产生的扰动值，minΔ₂为在匀整死区由于第一次匀整误差产生的扰动值，minΔ₃及minΔG₁的值根据实际经验确定；

步骤2.5、因为

E_{1} = \frac{V_{2}}{V_{1}},

由式1和式3可得：

V_{1} = V_{2} \frac{G_{200}}{G_{10} + Δ G_{1}}

(式8)，当ΔG₁≥0时，喂入棉条的实际重量大于设定要求的棉条重量，则后罗拉4速度变慢，牵伸倍数变大。反之，当ΔG₁≤0时，喂入棉条的实际重量小于设定要求的棉条重量，则后罗拉4速度变快，牵伸倍数变小。

步骤3、棉条8通过第二检测装置后，控制机构得到棉条8第一次匀整后的实际重量G₂，控制机构根据额定重量G₂₀与实际重量G₂的差值ΔG₂通过第二执行机构来调整前罗拉4的转速V₃，完成第二次匀整，本步骤的具体数学推理如下：

步骤3.1、由匀整原理得实际牵伸倍数E₂：

G_{2} = \frac{G_{10} + Δ G_{1} + Δ_{3}}{E_{1}},

(式4)

E_{2} = \frac{G_{20} + Δ G_{2}}{G_{20}}

E_{20} = 1 + \frac{Δ G_{2}}{G_{20}}

(式5)；

步骤3.2、因为

E_{2} = \frac{V_{3}}{V_{2}},

由式5可得：

V_{3} = V_{2} (1 + \frac{Δ G_{2}}{G_{20}})

(式9)。因为ΔG₂＝G₂-G₂₀＝G₂-minG₂≥0，所以前罗拉一直随着ΔG₂的波动而加速或保持不变。牵伸倍数大于或等于1。

由式8及式9可知：前后罗拉分别根据各自检测点数据ΔG₁和ΔG₂来实现自调匀整。

步骤4、控制机构通过所述差值ΔG₁与所述差值ΔG₂计算得到随机扰动量Δ₃，若随机扰动量Δ₃超出额定量时，控制机构报警或停机，该步骤的具体数学推理如下：

由式1、式3及式4得：

Δ_{3} = \frac{(G_{3} + Δ G_{2}) (G_{10} + Δ G_{1})}{G_{200}} - G_{10} - Δ G_{1}

(式7)，通过检测值ΔG₁、ΔG₂来得到随机扰动量Δ₃值，用它来显示是否匀整过程处于正常状态，当Δ₃超出额定量时，系统启动预警或停机保护功能。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，控制机构分为第一控制机构及第二控制机构，第一检测机构的输出端连接第一控制机构的输入端，第一控制机构的输出端连接第一执行机构的输入端，第二检测机构的输出端分别连接第一控制机构及第二控制机构的输入端，第二控制机构的输出端连接所述第二执行机构的输入端。

Claims

1.一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置，其特征在于，包括后罗拉(4)，在后罗拉(4)的前方设有中罗拉组(5)，在中罗拉组(5)的前方设有前罗拉(6)，在后罗拉(4)的后方设有第一检测机构，后罗拉(4)与前罗拉(6)分别联结第一执行机构与第二执行机构，在中罗拉组(5)之间设有第二检测机构，第一检测机构及第二检测机构的输出端连接控制机构的输入端，控制机构的输出端分别连接第一执行机构与第二执行机构的输入端。

2.如权利要求1所述的一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置，其特征在于，所述中罗拉组(5)由两对罗拉(7)组成。

3.如权利要求1所述的一种应用于自调匀整技术的双开环控制装置，其特征在于，所述控制机构分为第一控制机构及第二控制机构，所述第一检测机构的输出端连接第一控制机构的输入端，第一控制机构的输出端连接所述第一执行机构的输入端，所述第二检测机构的输出端分别连接第一控制机构及第二控制机构的输入端，第二控制机构的输出端连接所述第二执行机构的输入端。

4.一种利用权利要求1所述装置的双开环控制方法，其特征在于，步骤为：

步骤1、在控制机构内设定喂入棉条(8)的额定重量G₁₀及棉条(8)第二次匀整输入的额定重量G₂₀并保持中罗拉组(5)的转速V₃恒定在任意值上；

步骤2、棉条(8)通过第一检测机构后，控制机构得到输入棉条(8)的实际重量G₁，控制机构根据额定重量G₁₀与实际重量G₁的差值ΔG₁通过第一执行机构来调整后罗拉(4)的转速V₁，完成第一次匀整；

步骤3、棉条(8)通过第二检测机构后，控制机构得到棉条(8)第一次匀整后的实际重量G₂，控制机构根据额定重量G₂₀与实际重量G₂的差值ΔG₂通过第二执行机构来调整前罗拉(4)的转速V₃，完成第二次匀整。

5.如权利要求4所述的一种双开环控制方法，其特征在于，在步骤3后有：

步骤4、控制机构通过所述差值ΔG₁与所述差值ΔG₂计算得到随机扰动量Δ₃，若随机扰动量Δ₃超出额定量时，控制机构报警或停机。