CN102277677A - 送经自适应变速调速装置及其调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的送经自适应变速调速装置，包括CPU，CPU通过D/A转换、数据输入输出端口DIO与末级前置放大器相连接，CPU上还连接有A/D转换、脉冲计数器，末级前置放大器及脉冲计数器的另一端与编码器相连接，编码器还与电机转子轴相连接，电机经电机输出轴与减速器相连接，减速器末端与织轴连接，还包括安装在织机后梁上的张力传感器，张力传感器的输出端与A/D转换相连接。采用上述装置进行调速的方法，首先确定调速次数；采集信号；计算当前送经电机转速；计算电机调整速度，调速。本发明调速装置及调速方法，通过主轴一转内根据经纱开口次数对送经速度进行多次调整，实现均匀送纱，提高了织物质量，且造价低廉、制造安装简便。

Description

送经自适应变速调速装置及其调速方法

技术领域

本发明属于纺织机械织造设备中织机送经系统技术领域，具体涉及一种送经自适应变速调速装置，本发明还涉及采用该调速装置进行调速的方法。

背景技术

现有织机送经系统普遍采用电子送经方式。送经电机采用调速马达，其驱动控制方式是织机主轴一转送经电机调速一次，调速起始位置在主轴0°，通过采集主轴一转内多个位置的张力值，计算出上一主轴内张力的平均值作为下一纬送经速度的调整依据。

这种调速方法的弊端是：织造过程中存在开口运动，经纱在开口时承受较大的张力，由于在主轴一个回转周期内送经速度恒定，因此，易于断经。

为了弥补张力不匀，目前高速织机上广泛采用凸轮式经纱张力匀整方法来降低经纱张力波动，但是，由于织机的开口方式随着织物品种的不同而不同，这种简单的机械调整方法并不能很好的匀整经纱张力的波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种送经自适应变速调速装置，解决了现有主轴一转经纱张力不匀的问题。

本发明的另一目的是提供上述装置的调速方法。

本发明所采用的技术方案是，送经自适应变速调速装置，包括CPU，CPU通过D/A转换、数据输入输出端口DIO与末级前置放大器相连接，CPU上还连接有A/D转换、脉冲计数器，末级前置放大器及脉冲计数器的另一端与编码器相连接，编码器还与电机转子轴相连接，电机经电机输出轴与减速器相连接，减速器末端与织轴连接，还包括安装在织机后梁上的张力传感器，张力传感器的输出端与A/D转换相连接。

本发明所采用的另一技术方案是，送经自适应变速调速方法，采用送经自适应变速调速装置，其结构为：送经自适应变速调速装置，其特征在于，包括CPU，CPU通过D/A转换、数据输入输出端口DIO与末级前置放大器相连接，CPU上还连接有A/D转换、脉冲计数器，末级前置放大器及脉冲计数器的另一端与编码器相连接，编码器还与电机转子轴相连接，电机经电机输出轴与减速器相连接，减速器末端与织轴连接，还包括安装在织机后梁上的张力传感器，张力传感器的输出端与A/D转换相连接；

具体按照以下步骤实施：

步骤1：确定调速次数；

步骤2：采集信号，张力传感器采集张力信号T_i，编码器采集脉冲数p；

步骤3：根据步骤2得到的张力信号T_i和脉冲数p，计算当前送经电机转速；

步骤4：根据步骤3得到的当前送经电机转速，计算电机调整速度，将当前送经电机转速调整为电机调整速度，完成调速。

本发明的特点还在于，

其中步骤1确定调速次数，具体按照以下步骤实施：织机主轴一转内送经调速次数是开口次数的2倍，开口次数由织机类型确定，单相织机开口次数是1，多相织机开口次数与相位相同。

其中步骤2采集信号，具体按照以下步骤实施：

张力信号采集，织机运转中，根据主轴角度信号，每隔36°采集张力传感器数据一次，一转之内采集10个张力信号T_i；

编码器脉冲采集，以100个主轴0°脉冲间隔时间为周期，采集编码器的脉冲数p。

其中步骤3计算当前送经电机转速，具体按照以下步骤实施：

①计算当前经纱张力，

通过CPU，将步骤2得到的10个张力信号进行平均化得到当前经纱张力T′，

$T^{\′}=\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/10,$

②计算当前织轴直径d，

将步骤2采集到的编码器脉冲数与织物设定纬密w计算得到当前织轴直径d，

$d=\frac{100\×K\×i}{w\×p\×\mathrm{\π}},$

式中：K为伺服电机每转脉冲数；i为送经减速比；

③计算当前送经电机基本转速，

④计算出当前送经电机转速n，

将T′与张力设定值T进行比较，采用PI控制方法计算出当前送经电机转速n，

$n=(1+k_p(T^{\′}-T)+k_i\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}(T^{\′}-T))\×V,$

式中：k_p为比例系数；k_i为积分系数；T为张力设定值，J为织物组织循环数。

其中步骤4中的计算电机调整速度，具体按照以下步骤实施：

①确定调速因子m，

根据不同的开口量，采用送经调速，增加调速因子m，m值根据开口量的大小与梭口长度进行选择，表示为：

$m=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_1+{\mathrm{\ΔT}}_2}{T},$

${\mathrm{\ΔT}}_1=E\×\frac{h^2}{2L_1},$

${\mathrm{\ΔT}}_2=E\×\frac{h^2}{{2L}_2},$

式中：ΔT₁为前部梭口经纱张力变化量；ΔT₂为后部梭口经纱张力变化量；E为经纱弹性模量；L₁为前部梭口长度；L₂为后部梭口长度；h为梭口半高；

②确定电机调整速度，

在开口阶段电机调整速度为当前送经电机速度n的(1+m)倍，在闭口阶段电机调整速度为当前送经电机速度n的(1-m)倍；

主轴在开口阶段：伺服电机速度n₁＝(1+m)×n，

主轴在闭口阶段：伺服电机速度n₂＝(1-m)×n。

本发明的有益效果是，本发明主要实现主轴一转内根据经纱开口次数对送经速度进行多次调整。通过下述方法加以解决的：采用高速响应的电子送经系统(包括采用ARM7作为处理器的控制单元以及高速响应的交流伺服电机)，采用PI控制，在一转内做到送经速度的多次调整，开口阶段送经速度高一些，闭口阶段速度低一些，而这种变速调整将依据开口次数与开口量的大小进行调整，以保持张力的稳定。通过调整送经电机的转速，实现均匀送纱，提高了织物质量，且造价低廉、制造安装简便。

附图说明

图1是本发明送经自适应变速调速装置的结构示意图；

图2是本发明调整方法中的经纱梭口示意图。

图中，1.减速器，2.织轴，3.经纱，4.后梁，5.张力传感器，6.停经片，7.综框，8.布辊，9.编码器，10.末级前置放大器，11.脉冲计数器，12.CPU，13.A/D转换，14.D/A转换，15.数据输入输出端口DIO，16.电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明送经自适应变速调速装置的结构，如图1所示，包括CPU12，CPU12通过D/A转换14、数据输入输出端口DIO15与末级前置放大器10相连接。CPU12上还连接有A/D转换13、脉冲计数器11。末级前置放大器10及脉冲计数器11的另一端与编码器9相连接。编码器9与电机16转子轴相连，电机16经电机输出轴与减速器1相连，用以增加扭矩，减速器1末端与织轴2连接，驱动织轴2转动。张力传感器5安装在织机后梁4上，用以检测经纱张力。张力传感器5的输出端与A/D转换13相连接。经纱3依次在织轴2、后梁4、停经片6、综框7、布辊8之间传输。

本发明送经自适应变速调速装置的调速方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：确定调速次数。

织机主轴一转内送经调速次数是开口次数的2倍。开口次数由织机类型确定，单相织机开口次数是1，多相织机开口次数与相位相同。

步骤2：采集信号。

①张力信号采集。织机运转中，根据主轴角度信号，每隔36°采集张力传感器5数据一次，一转之内采集10个张力信号T_i；

②送经伺服电机编码器脉冲采集(用于计算当前织轴直径d)。以100个主轴0°脉冲间隔时间为周期，采集送经电机编码器9的脉冲数p。

步骤3：计算电机转速。

①计算当前经纱张力。

通过CPU12，将10个张力信号进行平均化得到当前经纱张力T′。

$T^{\′}=\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/10---\left(1\right)$

②计算当前织轴直径d。

将采集到的编码器9脉冲数与织物设定纬密w计算得到当前织轴直径d。

$d=\frac{100\×K\×i}{w\×p\×\mathrm{\π}}---\left(2\right)$

式中：K-伺服电机每转脉冲数；i-送经减速比。

③计算当前送经电机基本转速。

④计算出当前送经电机转速n。

将T′与张力设定值T进行比较，采用PI控制方法计算出当前送经电机转速n。

$n=(1+k_p(T^{\′}-T)+k_i\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}(T^{\′}-T))\×V---\left(4\right)$

式中：k_p-比例系数；k_i-积分系数；T-张力设定值，J-织物组织循环数。这4个参数都在CPU12中设定。

步骤4：变速调整当前送经电机转速。

根据开口次数、开口量(等于综框行程)与梭口长度，对织机进行调速，具体按照以下步骤实施：

①确定调速因子m

为了降低开口运动造成的经纱张力的波动，根据不同的开口量，采用送经调速，增加调速因子m。m值根据开口量的大小与梭口长度进行选择，表示为：

$m=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_1+{\mathrm{\ΔT}}_2}{T}---\left(5\right)$

${\mathrm{\ΔT}}_1=E\×\frac{h^2}{2L_1}---\left(6\right)$

${\mathrm{\ΔT}}_2=E\×\frac{h^2}{{2L}_2}---\left(7\right)$

式中：ΔT₁-前部梭口经纱张力变化量；ΔT₂-后部梭口经纱张力变化量；E-经纱弹性模量；L₁-前部梭口长度；L₂-后部梭口长度，h-梭口半高。

②确定电机调整速度

在开口阶段速度取为电机速度n的(1+m)倍，在闭口阶段速度取为电机速度n的(1-m)倍。

主轴在开口阶段：伺服电机速度n₁＝(1+m)×n               (8)

主轴在闭口阶段：伺服电机速度n₂＝(1-m)×n               (9)

对于多相织机，存在多次开口过程，那么，在主轴一转之内就要进行多次调整。调整次数是多相织机相位的2倍。

本发明调速方法和现有的调速方法相比，增加了一个主轴回转周期的送经电机速度调整，降低了经纱张力的波动幅值。其工作原理如下：

开口过程中，经纱张力随着综框的上下运动而变化。如图2所示，A为织口，B为经纱最低点，C为停经片前点，D为经纱最高点，E为梭口前段经纱长度在AD上的投影，F为综平点。

梭口前段长度为L₁，梭口半高为h。从F点以A点为圆心，做AF为半径的圆弧交于AD于E点，因此，可以求出开口中前部梭口经纱的伸长量：

$\mathrm{ED}=\sqrt{h^2+{L_1}^2}-L_1\≈\frac{h^2}{2L_1}---\left(10\right)$

经纱的开口张力变化为：

同理，梭口后半段的经纱张力变化情况与此类同，后半段的经纱的开口张力变化是ΔT₂。

可以发现，在综框开口和闭口过程中，存在经纱张力的变化，这种变化幅值如果较大就会造成经纱断裂，本发明方法考虑到了这种张力变化，并进行了调速处理，在保证一转送经速度不变的前提下，对速度进行了分解，使开口阶段速度高，闭口阶段速度低，两者速度均值等于要求送经速度，对于非对称开口，速度的调整还需要考虑开口与闭口的角度。

实施例

在HD1900喷气织机，以144*100线哔叽为例，织机是单相织机，调速次数为2，开口量是75mm，梭口长度420mm，设定上机张力4500N，ΔT＝3000N。调速比例因子m＝0.67。进行两种调速方法的张力采样结果如下表：

表1两种调速方法的张力采样结果

从表1中可以看出，未调速的张力均值是5774.9N，标准差837N。调速后的张力均值是4891.2N，标准差329N。采用调速送经方法张力均值与标准差有了显著改善。

Claims (6)

1.送经自适应变速调速装置，其特征在于，包括CPU(12)，CPU(12)通过D/A转换(14)、数据输入输出端口DIO(15)与末级前置放大器(10)相连接，CPU(12)上还连接有A/D转换(13)、脉冲计数器(11)，所述的末级前置放大器(10)及脉冲计数器(11)的另一端与编码器(9)相连接，编码器(9)还与电机(16)转子轴相连接，电机(16)经电机输出轴与减速器(1)相连接，减速器(1)末端与织轴(2)连接，还包括安装在织机后梁(4)上的张力传感器(5)，张力传感器(5)的输出端与A/D转换(13)相连接。

2.送经自适应变速调速方法，其特征在于，采用送经自适应变速调速装置，其结构为：送经自适应变速调速装置，其特征在于，包括CPU(12)，CPU(12)通过D/A转换(14)、数据输入输出端口DIO(15)与末级前置放大器(10)相连接，CPU(12)上还连接有A/D转换(13)、脉冲计数器(11)，所述的末级前置放大器(10)及脉冲计数器(11)的另一端与编码器(9)相连接，编码器(9)还与电机(16)转子轴相连接，电机(16)经电机输出轴与减速器(1)相连接，减速器(1)末端与织轴(2)连接，还包括安装在织机后梁(4)上的张力传感器(5)，张力传感器(5)的输出端与A/D转换(13)相连接；

具体按照以下步骤实施：

步骤1：确定调速次数；

步骤2：采集信号，张力传感器(5)采集张力信号T_i，编码器(9)采集脉冲数p；

步骤3：根据步骤2得到的张力信号T_i和脉冲数p，计算当前送经电机转速；

步骤4：根据步骤3得到的当前送经电机转速，计算电机调整速度，将当前送经电机转速调整为电机调整速度，完成调速。

3.根据权利要求2所述的送经自适应变速调速方法，其特征在于，所述的步骤1确定调速次数，具体按照以下步骤实施：织机主轴一转内送经调速次数是开口次数的2倍，开口次数由织机类型确定，单相织机开口次数是1，多相织机开口次数与相位相同。

4.根据权利要求2所述的送经自适应变速调速方法，其特征在于，所述的步骤2采集信号，具体按照以下步骤实施：

张力信号采集，织机运转中，根据主轴角度信号，每隔36°采集张力传感器(5)数据一次，一转之内采集10个张力信号T_i；

编码器(9)脉冲采集，以100个主轴0°脉冲间隔时间为周期，采集编码器(9)的脉冲数p。

5.根据权利要求2所述的送经自适应变速调速方法，其特征在于，所述的步骤3计算当前送经电机转速，具体按照以下步骤实施：

①计算当前经纱张力，

通过CPU(12)，将步骤2得到的10个张力信号进行平均化得到当前经纱张力T′，

$T^{\′}=\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/10,$

②计算当前织轴直径d，

将步骤2采集到的编码器(9)脉冲数与织物设定纬密w计算得到当前织轴直径d，

$d=\frac{100\×K\×i}{w\×p\×\mathrm{\π}},$

式中：K为伺服电机每转脉冲数；i为送经减速比；

③计算当前送经电机基本转速，

④计算出当前送经电机转速n，

将T′与张力设定值T进行比较，采用PI控制方法计算出当前送经电机转速n，

$n=(1+k_p(T^{\′}-T)+k_i\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}(T^{\′}-T))\×V,$

式中：k_p为比例系数；k_i为积分系数；T为张力设定值，J为织物组织循环数。

6.根据权利要求2所述的送经自适应变速调速方法，其特征在于，所述的步骤4中的计算电机调整速度，具体按照以下步骤实施：

①确定调速因子m，

根据不同的开口量，采用送经调速，增加调速因子m，m值根据开口量的大小与梭口长度进行选择，表示为：

$m=\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1+\mathrm{\Δ}{T}_2}{T},$

$\mathrm{\Δ}{T}_1=E\×\frac{h^2}{2L_1},$

$\mathrm{\Δ}{T}_2=E\×\frac{h^2}{2L_2},$

式中：ΔT₁为前部梭口经纱张力变化量；ΔT₂为后部梭口经纱张力变化量；E为经纱弹性模量；L₁为前部梭口长度；L₂为后部梭口长度；h为梭口半高；

②确定电机调整速度，

在开口阶段电机调整速度为当前送经电机速度n的(1+m)倍，在闭口阶段电机调整速度为当前送经电机速度n的(1-m)倍；

主轴在开口阶段：伺服电机速度n₁＝(1+m)×n，

主轴在闭口阶段：伺服电机速度n₂＝(1-m)×n。

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