CN102530648A - 一种绕线机同步主动送线张力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绕线机，具体为一种绕线机同步主动送线张力控制系统。其特征在于：在张力杆与张力弹簧的连接端设置角度电位器，角度电位器的信号输出端连接绕线机的主控制器，在过线机构中设置有主动送线轮，该主动送线轮连接送线电机，送线电机与绕线机的主控制器相连；所述的主控制器的工作程序采用C语言编制，主控制器采集角度电位器的角度信号，经主控制器处理后输出控制信号控制送线电机工作。本发明的张力器采用非接触式光学角度电位器、由直流无刷送线电机控制的主动送线轮及自适应的PID算法，使张力器的线速度达20米/秒，可绕线径范围是?0.01-?0.2mm,解决了高转速下与主轴转速同步变化恒定张力的难题。

Description

一种绕线机同步主动送线张力控制系统

技术领域

本发明涉及一种绕线机，具体为一种绕线机同步主动送线张力控制系统。

背景技术

绕线机工作过程中对漆包线张紧力的控制至关重要，张紧力过小会影响线圈精度和绕线致密度，张紧力过大则有可能造成断线故障，从而影响设备生产效率。

传统的机械接触式摩擦轮张力器，张紧力由弹簧压紧力所产生的机械摩擦力提供，可通过调节弹簧压力的大小来调节张紧力的大小。由于这种摩擦轮张力器是靠机械滑动摩擦力来产生张紧力，由于机械式的动、静摩擦力差异较大，且动摩擦系数与摩擦表面相对运动速度成正比，特别在高线速度状态时此种张力器的张紧力几乎直线增大，稳定性较差，而且我们知道过线轮轴承在高转速状态下的阻力已经上升成为一个主要因素，不能将其忽略，因此对于对张紧力控制要求非常高的使用0.1mm以下线径的细线高速绕线机，高速绕线时极易发生断线。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种绕线机同步主动送线张力控制系统的技术方案。

所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其绕线机的张力器主要由机座、过线机构、张力杆、张力弹簧构成，过线机构设置在张力杆的下方，漆包线经过线机构和张力杆末端的滑轮与收线端的收线轮相连，其特征在于：在张力杆与张力弹簧的连接端设置角度电位器，角度电位器的信号输出端连接绕线机的主控制器，在过线机构中设置有主动送线轮，该主动送线轮连接送线电机，送线电机与绕线机的主控制器相连；所述的主控制器的工作程序采用C语言编制，主控制器采集角度电位器的角度信号，经主控制器处理后输出控制信号控制送线电机工作。

所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述的送线电机采用直流无刷电机。

所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述的角度电位器采用非接触式光学角度电位器。

所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述的主控制器连接有显示模块，实时显示张力信息。

所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述主控制器工作程序的编制算法如下：根据虎克定律，弹簧的伸长量与所受力的大小成正比，即F= K×△x，其中F为弹簧拉力，K为弹簧劲度系数，△x为弹簧形变量；控制弹簧的形变量△x就是控制角度电位器的转角，控制送线电机的转速能够使角度电位器的转角稳定在一个设定值，从而使绕线的线速度稳定在一个设定值，采用自适应的PID算法得到如下公式：

V=Kp×e(t)+ Ki×∑e(t)+ Kd×[e(t)-e(t-1)]

其中，e(t)为角度基本偏差,表示当前测量值与设定值间的差，这是用于比例项的变动数据；∑e(t)为累计偏差，∑e(t)= e(t)+ e(t-1)+ e(t-2)+…+ e(1)，这是每一次测量到的偏差值的总和，这是用于积分项的变动数据；e(t)-e(t-1)为基本偏差的相对偏差，用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差，可以考察当前控制对象的趋势，用于微分项的变动数据；三个基本参数Kp、Ki、Kd，分别为比例常数、积分常数、微分常数，经现场调试可得；

本系统对速度的控制选取在一个循环周期内根据角度变化计算送线电机的速度并刷新，电机运行速度较快，循环周期取值为5毫秒；三个基本参数Kp、Ki、Kd由试验确定，然后在实际运行过程中进行调节,本控制系统中，取Kp=55%、Ki=0.4%-3%、Kd=0-1%,并根据运行状况调节。

本发明的张力器采用非接触式光学角度电位器、由直流无刷送线电机控制的主动送线轮及自适应的PID算法，使张力器的线速度达20米/秒，可绕线径范围是ø0.01-ø0.2mm,解决了高转速下与主轴转速同步变化恒定张力的难题；通过变换不同的弹簧（弹簧丝材料、弹簧丝直径及弹簧外径），可以得到张力范围在0.5g-50g的张力器。本发明的主控制器采样角度电位器的角度,根据采样反馈结果控制送线电机的转速。普通的接触式导电塑料角度位移传感器的扭矩为7mN.m，即70gf.cm，这对细线来说显然太大，本发明采用了扭矩为0.147mN.m的非接触式光学角度电位器，这使得张力器的适用性大大提高。

附图说明

图1是本发明张力器的结构示意图；

图2是本发明张力控制系统的结构示意图；

图中：1-张力杆，2-张力弹簧，3-角度电位器，4-主动送线轮，5-过线机构，6-漆包线，7-机座，8-显示模块, 9-送线电机，10-主控制器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：

绕线机同步主动送线张力控制系统，其绕线机的张力器主要由机座7、过线机构5、张力杆1、张力弹簧2构成，过线机构5由一组传动轮相互配合而成，过线机构5设置在张力杆的下方，漆包线6经过线机构5和张力杆1末端的滑轮与收线端的收线轮相连。

在理想状态下如果漆包线6经过弹簧头部的滑轮以一定的的线速度运行，没有其他摩擦，那么漆包线6的张力就等于弹簧拉力，但在实际中漆包线6除受到收线轮的拉力外，还有运行过程中的各种阻力，这种阻力在漆包线6高线速度状态时对张力的影响是巨大的甚至是致命的。因此在漆包线6的过线机构5上设置一个主动送线轮4，该主动送线轮4连接送线电机9，这样就可以抵消运行过程中的各种干扰力，达到理想状态。

在张力杆1与张力弹簧2的连接端设置有角度电位器3，角度电位器3的信号输出端连接绕线机的主控制器10，主控制器10采用DSP控制，在过线机构5上设置的主动送线轮4与送线电机9相连，送线电机9与绕线机的主控制器10相连；主控制器的工作程序采用C语言编制，主控制器10采集角度电位器3的角度信号，经主控制器10处理后输出控制信号控制送线电机9工作，送线电机9工作带动主动送线轮4运行，这样张力杆1和漆包线6会产生与之前一刻不同的状态，角度电位器3感应后再将变化信号传输给主控制器10，从而构成闭循环，通过自适应的PID算法控制，最终得到一个稳定的线速度，避免高速绕线时发生断线。

上述的送线电机9采用直流无刷电机，它体积较小，供电电压低且方便， DSP控制它时的功放也容易；角度电位器3采用非接触式光学角度电位器3，其扭矩为0.147mN.m，这使得张力器的适用性大大提高；主控制器10连接有显示模块8，可以实时显示张力信息。

本发明主控制器工作程序的编制算法如下：根据虎克定律，弹簧的伸长量与所受力的大小成正比，即F= K×△x，其中F为弹簧拉力，K为弹簧劲度系数，△x为弹簧形变量；控制弹簧的形变量△x就是控制角度电位器3的转角，控制送线电机9的转速能够使角度电位器3的转角稳定在一个设定值，从而使绕线的线速度稳定在一个设定值，采用自适应的PID算法得到如下公式：

V=Kp×e(t)+ Ki×∑e(t)+ Kd×[e(t)-e(t-1)]

其中，e(t)为角度基本偏差,表示当前测量值与设定值间的差，这是用于比例项的变动数据；∑e(t)为累计偏差，∑e(t)= e(t)+ e(t-1)+ e(t-2)+…+ e(1)，这是每一次测量到的偏差值的总和，这是用于积分项的变动数据；e(t)-e(t-1)为基本偏差的相对偏差，用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差，可以考察当前控制对象的趋势，用于微分项的变动数据；三个基本参数Kp、Ki、Kd，分别为比例常数、积分常数、微分常数，经现场调试可得；

在本系统中对速度的控制，选取在一个循环周期内根据角度变化计算送线电机9的速度并刷新，由于电机运行速度较快，这个循环周期也较小，因此取毫秒级，这里取值为5毫秒；三个基本参数Kp、Ki、Kd由试验确定，然后在实际运行过程中进行调节,该三个参数还跟漆包线6的线速度有关，在本控制系统中，我们取Kp=55%、Ki=0.4%-3%、Kd=0-1%,并根据运行状况调节。

本发明的非接触式光学角度电位器3和由直流无刷送线电机9控制的主动送线轮4构成了高速主动送线式电子张力器，其与自适应的PID算法配合，使张力器的线速度达20米/秒，可绕线径范围维ø0.01-ø0.2mm,解决了高转速下与主轴转速同步变化恒定张力的难题；通过变换不同的弹簧（弹簧丝材料、弹簧丝直径及弹簧外径），可以得到张力范围在0.5g-50g的张力器。

本发明角度电位器3的输出信号送至主控制器10，所述主控制器10的工作程序采用C语言编制，角度电位器3的输出信号经主控制器10处理后输出控制信号控制送线电机9工作，从而间接的控制主动送线轮4的运行状态，主动送线轮4的调整将直接影响张力杆1和漆包线6的工作状态，角度电位器3感应到变化信息后再将变化信号传输给主控制器10，从而构成闭循环，通过自适应的PID算法控制，最终得到一个稳定的线速度，即得到张力的平衡，这样即使是在高速绕线时也不会发生断线，从而实现了绕线机的同步稳定送线，提高了生产效率，也提高了产品的合格率。

Claims (5)

1.一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其绕线机的张力器主要由机座、过线机构、张力杆、张力弹簧构成，过线机构设置在张力杆的下方，漆包线经过线机构和张力杆末端的滑轮与收线端的收线轮相连，其特征在于：在张力杆与张力弹簧的连接端设置角度电位器，角度电位器的信号输出端连接绕线机的主控制器，在过线机构中设置有主动送线轮，该主动送线轮连接送线电机，送线电机与绕线机的主控制器相连；所述的主控制器的工作程序采用C语言编制，主控制器采集角度电位器的角度信号，经主控制器处理后输出控制信号控制送线电机工作。

2.根据权利要求1所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述的送线电机采用直流无刷电机。

3.根据权利要求1所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述的角度电位器采用非接触式光学角度电位器。

4.根据权利要求1所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述的主控制器连接有显示模块，实时显示张力信息。

5.根据权利要求1所述的一种绕线机同步主动送线张力控制系统，其特征在于所述主控制器工作程序的编制算法如下：根据虎克定律，弹簧的伸长量与所受力的大小成正比，即F= K×△x，其中F为弹簧拉力，K为弹簧劲度系数，△x为弹簧形变量；控制弹簧的形变量△x就是控制角度电位器的转角，控制送线电机的转速能够使角度电位器的转角稳定在一个设定值，从而使绕线的线速度稳定在一个设定值，采用自适应的PID算法得到如下公式：

V=Kp×e(t)+ Ki×∑e(t)+ Kd×[e(t)-e(t-1)]

其中，e(t)为角度基本偏差,表示当前测量值与设定值间的差，这是用于比例项的变动数据；∑e(t)为累计偏差，∑e(t)= e(t)+ e(t-1)+ e(t-2)+…+ e(1)，这是每一次测量到的偏差值的总和，这是用于积分项的变动数据；e(t)-e(t-1)为基本偏差的相对偏差，用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差，可以考察当前控制对象的趋势，用于微分项的变动数据；三个基本参数Kp、Ki、Kd，分别为比例常数、积分常数、微分常数，经现场调试可得；

系统对速度的控制选取在一个循环周期内根据角度变化计算送线电机的速度并刷新，电机运行速度较快，循环周期取值为5毫秒；三个基本参数Kp、Ki、Kd由试验确定，然后在实际运行过程中进行调节,本控制系统中，取Kp=55%、Ki=0.4%-3%、Kd=0-1%,并根据运行状况调节。

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