CN102618998A - 纺织机打纬力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种纺织机打纬力控制系统和方法，该方法包括：在纺织机的刹车离合子系统上分别设置PWM刹车控制和PWM离合控制；当检测到布面开车痕和停车档是稀档时，加大离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更强脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力增大，减少甚至不产生刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈不通电或者更弱脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。本方案并不修改织机本身的系统结构，也不用添加任何机械构件，工程实现完全集中在织机控制系统而不是织机机械本身，通过在刹车和离合系统中引入PWM调制电流，从而调整刹车和离合系统的滑动摩擦力，进而改变刹车力矩与起动力矩。该方案不仅能解决开车痕与停车档,而且其实现成本非常低廉。

Description

纺织机打纬力控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种纺织控制领域，尤其涉及一种纺织机打纬力控制方法及纺织机打纬力控制系统。

背景技术

在纺织领域织机因经断、纬断、手停等各种原因停车后重新起动都会或多或少给布面带来影响，习惯意义上将其称为开车痕与停车档，这也是织造领域的世界难题。造成开车痕与停车档的主要原因就是开停车时布面的打纬力不一致，以及停车过程中的各种物理量的不确定性改变而造成的。具体来说当系统刹车时由于刹车的关系必然导致最后一根纬纱的打纬力不够，同样的原理，离合器吸合后，由于有滑动摩擦的关系，机器的速度也有一个加速过程，这种加速过程在微观上也会导致起动时的打纬力不够！

目前，内外解决开车痕与停车档的主要方法是通过控制系统中的电子送经电子卷取装置同时或单独前后移动一定量的布面来弥补开车痕与停车档，但是该方案的最大弱点是不同的品种、不同的工艺都必须有不同的补偿量，完全以经验参数为基础进行调整，可靠性不高。

在国外最新纺织技术成果展上出现了一种利用超启动直驱马达实现的调整方案，该方案使用大力矩直驱电机，完全去掉了离合系统，通过电机的起停就可以替代离合刹车系统，而且其起动力和刹车力都可以通过调节电机的力矩来实现，但该方案的缺陷是成本过于昂贵，虽然机械部分简单了不少，但直驱马达以及相关的控制系统成本不足以抵消省下来的机械成本。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种纺织机打纬力控制方法，以解决现有技术中开关机时容易产生开车痕与停车档的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种纺织机打纬力控制系统，以解决现有技术中开关机时容易产生开车痕与停车档的技术问题。

一种纺织机打纬力控制系统，包括刹车离合子系统、若干驱动控制子系统和控制器，其中：

刹车离合子系统包括与钢扣联动的织机主轴、主轴联动的摩擦盘、摩擦盘设置在电机飞轮与刹车制动板之间，并且，离合线圈设置在飞轮这一侧，刹车线圈设置在刹车制动板这一侧，离合线圈处于通电状态，摩擦盘吸附于飞轮，刹车线圈处于通电状态，摩擦盘吸附于制动板上；

所述驱动控制子系统包括刹车控制子系统和离合控制子系统，刹车控制子系统包括用于产生PWM输出的刹车PWM发生器、IGBT驱动模块和IGBT模块，

IGBT驱动模块：对PWM信号进行包括整形在内的PWM信号处理；

IGBT模块：其输入端连接IGBT驱动模块、其输出端连接所述刹车线圈，在刹车线圈上形成PWM调制过的脉冲电流；

所述离合控制子系统包括用于产生PWM输出的离合PWM发生器、IGBT驱动模块和IGBT模块，

IGBT驱动模块：对PWM信号进行包括整形在内的PWM信号处理；

IGBT模块：其输入端连接IGBT驱动模块、其输出端连接所述离合线圈，在离合线圈上形成PWM调制过的脉冲电流；

所述控制器，分别连接刹车PWM发生器和离合PWM发生器，包括纬力控制子单元，用于调整刹车PWM发生器和/或离合PWM发生器的PWM的占空比，来控制刹车和/或离合上摩擦盘的摩擦力，进而调整织机开车/停车时打纬力的大小。

一种纺织机打纬力控制方法，包括：

在纺织机的刹车离合子系统上分别设置PWM刹车控制和PWM离合控制；

当检测到布面开车痕和停车档是稀档时，加大离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更强脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力增大，减少甚至不产生刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈不通电或者更弱脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

当检测布面开车痕与停车档是紧档时，减少甚至不产生离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更弱脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力减少，加大刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈通更强脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

本方案并不修改织机本身的系统结构，也不用添加任何机械构件，工程实现完全集中在织机控制系统而不是织机机械本身，通过在刹车和离合系统中引入PWM调制电流，从而调整刹车和离合系统的滑动摩擦力，进而改变刹车力矩与起动力矩。该方案不仅能解决开车痕与停车档，而且其实现成本非常低廉。

附图说明

图1为刹车离合子系统的原理结构图；

图2为纺织机打纬力控制系统的部分原理图；

图3为稀档离合控制时序图；

图4为稀档刹车控制时序图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

织布机的钢扣通过一系列的复杂机械结构连接到带有离合刹车系统的织机主轴上，从而将主轴旋转运动转换为钢扣的往复运动。这在现有的织布机上是常见机构，因此就不再详细说明。纬纱通综框开口进入到织口中，接着钢扣做往复运动将新进入的为纬纱打入到已织好的布匹处，如此循环运动，新的纬纱不断的被钢扣打入到织口，进而生产出完整布匹。

防止开车痕与停车档的具体工作过程如下：

布匹的成型非常重要的一个环节就是钢扣的往复运动将新进入织口的纬纱打入已成型的布面中，从而形成一个整体。然而要形成一个完整的布匹的条件就是钢扣对每根纬纱都要有偏差不大的打纬力，即拍紧纬纱的强度要几乎相同。织机正常工作时这一点不难做到，容易产生问题的是织机因为各种原因比如经纱或纬纱断掉了重新起动时，新进入的纬纱受到的打纬强度就不一定与停车前那跟纬纱受到的打纬强度相等，如果差别过大这就非常容易产生停车痕和开车档。

本专利的物理学基础

根据滑动摩擦物理学定律

F＝uN    (1)

u为滑动摩擦系数，材料固定后这是一定值；N为垂直于摩擦面的正压力，这个值的改变可以直接影响到摩擦力的大小，而织机系统正好采用了电磁力来实现这个压力，而电磁力的控制非常成熟且方便。

根据电磁物理学规律

N＝u*n²*I²*S/4L²    (2)

在系统物力特性一定的情况下可以近似认为u、n、S、L为固定常数于是公式2可以简化为

N＝K*I²        (3)其中K＝u*n²*S/4L²

将公式3带如公式1得到

F＝uKI²        (4)

由公式4可知要滑动摩擦力与电流的平方成正比，要得到不同的摩擦力只要改变电流大小就可以完成。

为此，本发明采用PWM脉宽调制技术来调整电流大小，由此来达到控制摩擦力，进而控制打纬力。

请参阅图1和图2，一种纺织机打纬力控制系统，包括刹车离合子系统、若干驱动控制子系统和控制器2，其中：

刹车离合子系统包括与钢扣联动的织机主轴13、主轴13联动的摩擦盘15、摩擦盘15设置在电机飞轮12与刹车制动板11之间，并且，离合线圈16设置在飞轮12这一侧，刹车线圈14设置在刹车制动板11这一侧，离合线圈16处于通电状态，摩擦盘15吸附于飞轮12，刹车线圈14处于通电状态，摩擦盘15吸附于制动板11上。

摩擦盘15与飞轮12的吸附力强到一阈值时，摩擦盘15与飞轮12同步运动，主轴与飞轮12同步，此时，打纬力最大。当摩擦盘15与飞轮12的吸附力未达到该阈值时，摩擦盘15与飞轮12之间有摩擦力，飞轮12的运动，带动摩擦盘15的转动，但是，转速不能达到与飞轮12同步运动的地步，这种情况下，吸附力的增强，将带动主轴13的转速加大。吸附力减少，主轴13的转速减少，打纬力同时也降低。

所述驱动控制子系统包括刹车控制子系统20和离合控制子系统30，刹车控制子系统20包括用于产生PWM输出的刹车PWM发生器21、光电隔离器22、IGBT驱动模块23和IGBT模块24，

光电隔离器22：主要为了完成隔离功效；

IGBT驱动模块23：对PWM信号进行包括整形在内的PWM信号处理；

IGBT模块24：其输入端连接IGBT驱动模块23、其输出端连接所述刹车线圈24，在刹车线圈14上形成PWM调制过的脉冲电流；

所述离合控制子系统30包括用于产生PWM输出的离合PWM发生器31、光电隔离器32、IGBT驱动模块33和IGBT模块34，

IGBT驱动模块33：对PWM信号进行包括整形在内的PWM信号处理；

IGBT模块34：其输入端连接IGBT驱动模块33、其输出端连接所述离合线圈16，在离合线圈16上形成PWM调制过的脉冲电流。

需要说明的是，刹车控制子系统20和离合控制子系统30实现的功能相同，只不过输出端连接不同而已，刹车控制子系统20连接的输出端是刹车线圈，而离合控制子系统30连接的输出端是离合线圈。另外，PWM信号的产生、驱动IGBT这些技术都是现有技术，在此不再叙述。另外，IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT可以直接采用现有的器件，也可以采用实现该功能的其它替代电路。

控制器2，分别连接刹车PWM发生器21和离合PWM发生器31，包括纬力控制子单元，用于调整刹车PWM发生器21和/或离合PWM发生器31的PWM的占空比，来控制刹车和/或离合上摩擦盘的摩擦力，进而调整织机开车/停车时打纬力的大小。

在本实例中，控制器2是通过开环方式控制的。即，一台纺织机在开始时，预先根据经验值时输入PWM的占空比或电流值，当检测到布面开车痕和停车档是稀档时，加大离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更强脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力增大，减少甚至不产生刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈不通电或者更弱脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。当检测布面开车痕与停车档是紧档时，减少甚至不产生离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更弱脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力减少，加大刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈通更强脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

在本实例中，还包括打纬角度检测器、控制器与打纬角度检测器相连接，还包括角度控制子单元，用于当需要调整打纬力时，通过打纬角度检测器检测到的打纬角度，判断织机打纬轴还在打纬角度之前时，通过控制纬力控制子单元控制的PWM占空比小于可设置的打纬角度(跟机械有关，比如0度)的PWM占空比。即，调整打纬力时，还需要考虑打纬角度，当织机到达打纬角度时，按预设曲线输出打纬力，直到织机达到正常转速，滑动摩擦转变为静摩擦，此时打纬力不再受电磁压力的影响(静摩擦)，打纬输出趋于稳定这种设计，消除或减弱开车痕/停车档。

本系统还包括输入单元和显示单元，所述输入单元和显示单元分别连接控制器，用于用户输入不同的占空比或电流值。

一种纺织机打纬力控制方法，包括：

在纺织机的刹车离合子系统上分别设置PWM刹车控制和PWM离合控制；

当检测到布面开车痕和停车档是稀档时，加大离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更强脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力增大，减少甚至不产生刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈不通电或者更弱脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

当检测布面开车痕与停车档是紧档时，减少甚至不产生离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更弱脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力减少，加大刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈通更强脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

当织机打纬轴在打纬角度之前减少刹车这端的PWM占空比，降低刹车强度，完成打纬动作增大PWM占空比，增大刹车强度。

下面分两个部分来阐述本专利分如何修正停车痕和开车档：

当发现布面开车痕与停车档是稀档时这说明纬纱没打紧，也就是打纬力强度不够，这时必须加大打纬力。加大打纬力分两部分，一部分是离合子系统。对于离合系统来说必须增加PWM占空比使得离合上的等效电流更大从而产生更大的吸合力，根据前面所述原理，打纬力只与离合片压力成正比，所以加大吸合压力，打纬轴的打纬力就相应加大了；离合控制曲线如图3所示。

另一部分是刹车系统，对于刹车系统来说刚好与离合相反，因为当刹车片吸收太多动能这就意味着停车时的最后一根纬纱吸收的打纬动能就越小，所以当到达刹车位置时必须降低刹车强度让纬纱获得更大的停车打纬力，当然刹车控制还与角度有关具体如图4所示，当织机打纬轴还在打纬角度之前时必须降低刹车强度，当完成打纬动作后必须增大刹车强度让织机在规定角度能完成停车动作，最后停车后用一个较小的维持电流保持刹车！

当发现布面开车痕与停车档是紧档时其控制逻辑刚好与稀档控制逻辑相反！

总之系统最本质的一点就是控制刹车和离合上的摩擦力来调整开停车时纬纱所获得的能量从而达到消除开车痕与停车档的目的

针对现有技术缺点：本方案并不修改织机本身的系统结构，也不用添加任何机械构件，工程实现完全集中在织机控制系统而不是织机机械本身，通过在刹车和离合系统中引入PWM调制电流，从而调整刹车和离合系统的滑动摩擦力，进而改变刹车力矩与起动力矩。该方案不仅能解决开车痕与停车档，而且其实现成本非常低廉。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种纺织机打纬力控制系统，其特征在于，包括刹车离合子系统、若干驱动控制子系统和控制器，其中：

刹车离合子系统包括与钢扣联动的织机主轴、主轴联动的摩擦盘、摩擦盘设置在电机飞轮与刹车制动板之间，并且，离合线圈设置在飞轮这一侧，刹车线圈设置在刹车制动板这一侧，离合线圈处于通电状态，摩擦盘吸附于飞轮，刹车线圈处于通电状态，摩擦盘吸附于制动板上；

所述驱动控制子系统包括刹车控制子系统和离合控制子系统，刹车控制子系统包括用于产生PWM输出的刹车PWM发生器、IGBT驱动模块和IGBT模块，

IGBT驱动模块：对PWM信号进行包括整形在内的PWM信号处理；

IGBT模块：其输入端连接IGBT驱动模块、其输出端连接所述刹车线圈，在刹车线圈上形成PWM调制过的脉冲电流；

所述离合控制子系统包括用于产生PWM输出的离合PWM发生器、IGBT驱动模块和IGBT模块，

IGBT驱动模块：对PWM信号进行包括整形在内的PWM信号处理；

IGBT模块：其输入端连接IGBT驱动模块、其输出端连接所述离合线圈，在离合线圈上形成PWM调制过的脉冲电流；

所述控制器，分别连接刹车PWM发生器和离合PWM发生器，包括纬力控制子单元，用于调整刹车PWM发生器和/或离合PWM发生器的PWM的占空比，来控制刹车和/或离合上摩擦盘的摩擦力，进而调整织机开车/停车时打纬力的大小。

2.如权利要求1所述的纺织机打纬力控制系统，其特征在于，在刹车PWM发生器/离合PWM发生器与IGBT驱动模块之间设置光电隔离器。

3.如权利要求1所述的纺织机打纬力控制系统，其特征在于，还包括打纬角度检测器、控制器与打纬角度检测器相连接，还包括角度控制子单元，用于当需要调整打纬力时，通过打纬角度检测器检测到的打纬角度，判断织机打纬轴还在打纬角度之前时，通过控制纬力控制子单元控制的PWM占空比小于打纬角度为0时的PWM占空比。

4.如权利要求1所述的纺织机打纬力控制系统，其特征在于，还包括输入单元和显示单元，所述输入单元和显示单元分别连接控制器，用于用户输入不同的占空比或电流值。

5.一种纺织机打纬力控制方法，其特征在于，包括：

在纺织机的刹车离合子系统上分别设置PWM刹车控制和PWM离合控制；

当检测到布面开车痕和停车档是稀档时，加大离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更强脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力增大，减少甚至不产生刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈不通电或者更弱脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：

当检测布面开车痕与停车档是紧档时，减少甚至不产生离合这边PWM发生器的PWM占空比，使得在离合线圈上形成PWM调制过的更弱脉冲电流，摩擦盘与飞轮的吸合力减少，加大刹车这边PWM发生器的PWM占空比，使得刹车线圈通更强脉冲电流，调整织机开车/停车时打纬力的大小。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，包括：

当织机打纬轴在打纬角度之前减少刹车这端的PWM占空比，降低刹车强度，完成打纬动作增大PWM占空比，增大刹车强度。

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