CN104342791A - 倍捻机伺服驱动系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法，包括：卷绕伺服控制器、卷绕伺服电机、安装在卷绕伺服电机的轴上的卷绕编码器及卷绕机构，横动伺服控制器、横动伺服电机、横动伺服电机的轴上横动编码器、横动杆机构，横动编码器的信号输出端与横动伺服控制器连接，横动伺服控制器通过通讯接口与计算机连接，计算机通过信号线连接人机界面，其特点是：通过控制系统和软件算法，控制横动伺服电机的运行，实现往复横动动程的连续变化、横动频次的确定，从而实现纺松式纱功能，同时具有电子防叠效果。不同的松式纱，只要改变输入的工艺参数即可，适纺性强，控制灵活，成本低、生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于纺织设备制造技术领域，涉及倍捻机设备控制方法的改进，具体说是一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法。
背景技术
目前倍捻机已经逐渐用电锭直接传动取代传统的龙带摩擦式传动，但大部分倍捻机的横动传动方式仍然采用传统的凸轮结构，将凸轮的转动转化为横动，这种凸轮横动传动的特点是：属于定比传动，传动比准确，并能传递较大的扭矩。缺点是：属于机械传动，一般情况下不够平稳，制造精度不高时振动和噪声较大。当需要实现无级变速更精确地控制横动导程时（如：纺松式纱时），凸轮箱的结构就要做的很复杂，部件多，制造繁琐，重量较大，造价也很高，而且，纺不同的松式纱需要不同的凸轮箱，适纺性差。
中国专利ZL201220269492.0提供了一种倍捻机伺服横动与伺服卷绕装置，倍捻机的横动装置和卷绕装置分别由两个伺服电机驱动，使倍捻机机械传动结构简单、噪声低，而且卷绕速度、横动动程可根据需要调节，为倍捻机纺松式纱提供了良好的设备基础。中国专利201220269102.X提供一种倍捻机电子伺服驱动控制系统，其特点是：包括横动伺服电机、横动控制器、横动速度反馈装置、卷绕伺服电机、卷绕控制器、卷绕速度反馈装置、计算机；横动控制器和卷绕控制器通过通讯接口与计算机连接；横动控制器的驱动输出端连接到横动伺服电机；横动速度反馈装置的信号输出端连接到横动控制器的信号输入端；卷绕控制器的驱动输出端连接到卷绕伺服电机；卷绕速度反馈装置的信号输出端连接到卷绕控制器的信号输入端，同时也连接到横动控制器的信号输入端。可以降低噪声和功耗，提高生产效率，为倍捻机纺松式纱提供了良好的控制系统。
但是，如何实现卷绕和横动的同步控制，实现卷绕防叠和纺松式纱等功能，并且合理设定工艺步骤和参数，这已成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法，通过控制横动伺服电机的运行，实现往复横动动程的连续变化、横动频次的确定，从而实现电子防叠和纺松式纱功能。控制方法灵活，调整工艺方便，成本低，生产效率高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法，横动伺服系统通过横动减速带轮系驱动横动输出装置，实现相向往复横动，卷绕伺服系统通过卷绕减速带轮系驱动卷绕输出装置，实现卷绕传动，卷绕伺服系统包括卷绕伺服控制器、卷绕伺服电机、卷绕编码器及卷绕机构，所述卷绕编码器安装在卷绕伺服电机的轴上，卷绕编码器的信号输出端同时与卷绕伺服控制器和横动伺服控制器连接，横动伺服系统包括横动伺服控制器、横动伺服电机、横动编码器、横动杆机构，所述横动编码器安装在横动伺服电机的轴上，横动编码器的信号输出端与横动伺服控制器连接，卷绕伺服控制器和横动伺服控制器通过通讯接口与计算机连接，计算机通过信号线连接人机界面，其特征在于：横动伺服控制器通过横动编码器的信号计算出横动杆机构中横动杆的导程，控制方法按照以下步骤进行：
1、在人机界面上设定松式纱的工艺参数，包括：
①横动频次周期数,范围：50—150；
②开始缩导程的周期数；范围：小于横动频次周期数；
③开始增导程的周期数；范围：大于开始缩导程的周期数且小于
横动频次周期数；
④每次缩导程的幅度；范围：0.1mm—2mm；
⑤每次增导程的幅度；范围：0.1mm—2mm；
⑥加减速距离；范围：2mm—10mm；加减速距离根据卷绕速度大小设定，卷绕速度越大，则加减速距离越大，反之，卷绕速度越小，则加减速距离越小；
⑦主横动动程；范围：130mm —170mm；
⑧卷绕速度；范围：10—120 m/min；
⑨交叉角；范围：14.5°—21.5°；
并将上述工艺参数上传给计算机。
2、计算机将所述工艺参数下发给横动伺服控制器和卷绕伺服控制器；横动频次与卷绕速度成正比进行控制，即卷绕速度越大，横动频次越大；卷绕速度越小，横动频次也越小，横动杆机构的速度根据交叉角要求与卷绕速度进行同步运行。
3、计算机实时读取横动伺服控制器内横动杆实际运行周期数，即横动频次，在横动杆实际运行周期数满足下列条件时，实时给横动伺服控制器发送实际运行加速结束点和实际运行减速开始点：
当横动杆实际运行周期数≤设定的开始缩导程周期数时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离；
当设定的开始缩导程的周期数<横动杆实际运行周期数≤设定的开始增导程的周期数，且处于负速度到正速度的换向点时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×n1；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× n1；
N1:在一个横动频次周期内，缩导程总次数，N1=开始增导程的周期数-开始缩导程的周期数；
n1: 在一个横动频次周期内，第n1次缩导程，0<n1<N1。
当设定的开始增导程的周期数<实际运行周期数≤设定的总运动周期数，且处于负速度到正速度的换向点时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×N1-每次增导程的幅度×n2；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× N1+每次增导程的幅度×n2；
N2:在一个横动频次周期内，增导程总次数，N2=横动频次周期数-开始增导程的周期数；
n2: 在一个横动频次周期内，第n2次增导程，0<n2<N2。
4、计算机不断的给横动伺服控制器发送数据，控制横动动程从原来动程减小到最小动程，再由最小动程增大到原来动程，这样动程不断地循环变化，就实现了纺松式纱，这种实现松式纱的过程同时具有防叠效果。
对上述方法的改进：所述的人机界面通过232通讯方式与计算机交互；计算机通过485通讯方式与横动伺服控制器交互。
对上述方法进一步优选地：所述横动伺服电机的加减速距离为2mm—4mm，所述主横动动程范围为140mm—160mm，所述卷绕速度范围为15—60 m/min，所述交叉角范围为16.5°—21.5°。
对上述方法的进一步改进：所述的卷绕编码器和横动编码器均为光电脉冲编码器。
本发明的优点和积极效果是：通过软件控制横动伺服电机的运行，实现往复横动动程的连续变化、横动频次的确定，从而实现纺松式纱功能，同时具有电子防叠效果，不同的松式纱，只要改变输入的工艺参数即可，适纺性强，控制灵活，成本低、生产效率高。
附图说明
图1为本发明采用的倍捻机伺服驱动系统原理图；
图2为本发明倍捻机伺服驱动系统的控制方法纺松式纱的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：
参见图1、图2，本发明一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法的实施方式，一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法，横动伺服系统通过横动减速带轮系驱动横动输出装置，实现相向往复横动，卷绕伺服系统通过卷绕减速带轮系驱动卷绕输出装置，实现卷绕传动，卷绕伺服系统包括卷绕伺服控制器、卷绕伺服电机、卷绕编码器及卷绕机构，所述卷绕编码器安装在卷绕伺服电机的轴上，卷绕编码器的信号输出端同时与卷绕伺服控制器和横动伺服控制器连接，横动伺服系统包括横动伺服控制器、横动伺服电机、横动编码器、横动杆机构，所述横动编码器安装在横动伺服电机的轴上，横动编码器的信号输出端与横动伺服控制器连接，卷绕伺服控制器和横动伺服控制器通过通讯接口与计算机连接，计算机通过信号线连接人机界面，其特征在于：横动伺服控制器通过横动编码器的信号计算出横动杆机构中横动杆的导程，控制方法按照以下步骤进行：
1、在人机界面上设定松式纱的工艺参数，包括：
①横动频次周期数,范围：50—150；
②开始缩导程的周期数；范围：小于横动频次周期数；
③开始增导程的周期数；范围：大于开始缩导程的周期数且小于
横动频次周期数；
④每次缩导程的幅度；范围：0.1mm—2mm；
⑤每次增导程的幅度；范围：0.1mm—2mm；
⑥加减速距离；范围：2mm—10mm；加减速距离根据卷绕速度大小设定，卷绕速度越大，则加减速距离越大，反之，卷绕速度越小，则加减速距离越小；
⑦主横动动程；范围：130mm—170mm；
⑧卷绕速度；范围：10 —120 m/min；
⑨交叉角；范围：14.5°—21.5°；
并将上述工艺参数上传给计算机。
一般正常的纺纱工艺中上述部分工艺参数优选地，横动伺服电机的加减速距离为2mm—4mm，所述主横动动程范围为140mm—160mm，所述卷绕速度范围为15—60 m/min，所述交叉角范围为16.5°—21.5°。
2、计算机将所述工艺参数下发给横动伺服控制器和卷绕伺服控制器；横动频次与卷绕速度成正比进行控制，即卷绕速度越大，横动频次越大；卷绕速度越小，横动频次也越小，横动杆机构的速度根据交叉角要求与卷绕速度进行同步运行。
3、计算机实时读取横动伺服控制器内横动杆实际运行周期数，即横动频次，在横动杆实际运行周期数满足下列条件时，实时给横动伺服控制器发送实际运行加速结束点和实际运行减速开始点：
当横动杆实际运行周期数≤设定的开始缩导程周期数时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离；
当设定的开始缩导程的周期数<横动杆实际运行周期数≤设定的开始增导程的周期数，且处于负速度到正速度的换向点时：
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×n1；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× n1；
N1:在一个横动频次周期内，缩导程总次数，N1=开始增导程的周期数-开始缩导程的周期数；
n1: 在一个横动频次周期内，第n1次缩导程，0<n1<N1。
当设定的开始增导程的周期数<实际运行周期数≤设定的总运动周期数，且处于负速度到正速度的换向点时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×N1-每次增导程的幅度×n2；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× N1+每次增导程的幅度×n2；
N2:在一个横动频次周期内，增导程总次数，N2=横动频次周期数-开始增导程的周期数；
n2: 在一个横动频次周期内，第n2次增导程，0<n2<N2。
4、计算机不断的给横动伺服控制器发送数据，控制横动动程从原来动程减小到最小动程，再由最小动程增大到原来动程，这样动程不断地循环变化，就实现了纺松式纱，这种实现松式纱的过程同时具有防叠效果。
下面通过具体实施例对本发明详细说明如下：
本发明一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法实现松式纱的过程如下：
1、在人机界面上设置松式纱的工艺参数：
（1）、横动频次周期数=100
（2）、开始缩导程的周期数=74
由于凸轮转过270°是360°的四分之三，横动频次周期数=100，100的四分之三约为74；
（3）、开始增导程的周期数=87（对应于凸轮转过315°）；缩导程总次数N1=开始增导程的周期数-开始缩导程的周期数=87-74=13；增导程总次数N2=横动频次周期数-开始增导程的周期数=100-87=13；
（4）、每次缩的幅度(mm)=1；
（5）、每次增的幅度(mm)= 1；
（6）、加减速距离(mm）=2
（7）、主横动动程(mm）=152。
由于横动动程=152mm；缩导程总次数N1为13，即左边缩13mm,右边缩13mm，动程共缩26mm，则最短动程为152-26=126mm。同样，增导程总次数N2也为13，即左边增13mm,右边增13mm，动程由最短126mm又回到152mm。
由于在整个络筒过程中横动杆是往复运动的，因此，横动伺服电机是频繁换向的，为了保证横动伺服电机可靠运行，换向时需要加减速，也即，横动杆横动到整个导程结束之前伺服电机先减速一段距离再反向运行，在反向运行之初也要一段距离用来使伺服电机的速度从零逐步加速到正常值。通常横动伺服电机的加减速距离为2mm。
计算机是通过向横动伺服控制器发送实际运行加减速点来控制横动杆的往复导程，从而实现纺松式纱功能的。
参数设置好后上传给计算机，在图1所示的实施例中，人机界面（触摸屏或显示器配置输入装置）通过232通讯方式将上述参数发送给计算机。
2、计算机将相关参数下发给横动伺服控制器。在图1所示的实施例中，计算机过485通讯方式与横动伺服控制器交互。
3、计算机实时读取横动伺服控制器内横动杆实际运行周期数，即横动频次，每100个横动频次为一个循环周期。
第1次横动到第74次横动动程保持主横动动程152mm不变；此时计算机向横动伺服电机控制器发送:
实际运行加速结束点=加速距离=2mm；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离=152-2=150mm，
横动杆从原点开始加速，到2mm后，全速运行，到150mm后开始减速，减速运行2mm后换向运行，换向后即开始加速，加速2mm后以全速运行到2mm处减速运行，最后回到原点，完成一个往复，进行下一往复，如此重复直到74次往复结束。
从第75次横动开始，每次横动动程双向减少1mm一直到第87次横动，共减少13次，横动动程减到最小126mm。此时计算机向横动伺服电机控制器发送:
实际运行加速结束点 = 加速距离+每次缩导程的幅度×n1=2mm+1×n1；n1是第n1次缩导程，0<n1< N1。
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× n1=152mm-2mm-1×n1；n1是第n1次缩导程，0<n1< N1。
如此重复直到87次往复结束。
此后横动频次到88次，横动动程双向增加1mm，增加13次，直到横动频次为100时，横动动程又回到最大152mm；此时计算机向横动伺服电机控制器发送:
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×N1-每次增导程的幅度×n2=2mm+1×13mm-1× n2; n2是第n2次增导程，0<n2< N2。
实际运行减速开始点 =横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× N1+每次增导程的幅度×n2=152mm-2mm-1×13mm+1×n2。n2是第n2次增导程，0<n2< N2。
如此重复直到100次往复结束，即完成一个循环周期。
4、再重复上述周期，这样周而复始就形成了松式纱。
在上述过程中由于准确控制了横动频次和横动导程，起到了防叠效果，制作的松式纱边缘整齐、形态美观，为后道工序提供了质量保障。此外，纺不同的松式纱，只要改变输入的工艺参数即可。
关于本发明中横动频次与卷绕速度和交叉角关系说明：
横动频次与卷绕速度和交叉角关系公式如下：
tgθ=(横动频次×2×横动动程)/卷绕速度
公式中θ为交叉角，单位是度；
横动频次为横动机构往复次数，往复1去1回，则横动频次为1，单位是次/分钟；卷绕速度单位是米/分；横动动程单位为米。
从上述公式中得出：
横动频次= (tgθ×卷绕速度)/(2×横动动程)
举例说明：θ=18.5度，卷绕速度=20米/分，横动动程=152mm=0.152m，
所以，横动频次=(tg18.5×20)/(2×0.152)≈22次/分
如果横动频次的周期数设为100，在卷绕速度为20米/分时，则所需要时间为100/22≈4.55分钟。
当然，上述说明并非是对发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种倍捻机伺服驱动系统的控制方法，横动伺服系统通过横动减速带轮系驱动横动输出装置，实现相向往复横动，卷绕伺服系统通过卷绕减速带轮系驱动卷绕输出装置，实现卷绕传动，卷绕伺服系统包括卷绕伺服控制器、卷绕伺服电机、卷绕编码器及卷绕机构，所述卷绕编码器安装在卷绕伺服电机的轴上，卷绕编码器的信号输出端同时与卷绕伺服控制器和横动伺服控制器连接，横动伺服系统包括横动伺服控制器、横动伺服电机、横动编码器、横动杆机构，所述横动编码器安装在横动伺服电机的轴上，横动编码器的信号输出端与横动伺服控制器连接，卷绕伺服控制器和横动伺服控制器通过通讯接口与计算机连接，计算机通过信号线连接人机界面，其特征在于：横动伺服控制器通过横动编码器的信号计算出横动杆机构中横动杆的导程，控制方法按照以下步骤进行：
（1）在人机界面上设定松式纱的工艺参数，包括：
①横动频次周期数,范围：50—150；
②开始缩导程的周期数；范围：小于横动频次周期数；
③开始增导程的周期数；范围：大于开始缩导程的周期数且小于
横动频次周期数；
④每次缩导程的幅度；范围：0.1mm—2mm；
⑤每次增导程的幅度；范围：0.1mm—2mm；
⑥加减速距离；范围：2mm—10mm；加减速距离根据卷绕速度大小设定，卷绕速度越大，则加减速距离越大，反之，卷绕速度越小，则加减速距离越小；
⑦主横动动程；范围：130mm—170mm；
⑧卷绕速度；范围：10—120 m/min；
⑨交叉角；范围：14.5°—21.5°；
并将上述工艺参数上传给计算机；
（2）计算机将所述工艺参数下发给横动伺服控制器和卷绕伺服控制器；横动频次与卷绕速度成正比进行控制，即卷绕速度越大，横动频次越大；卷绕速度越小，横动频次也越小，横动杆机构的速度根据交叉角要求与卷绕速度进行同步运行；
(3)计算机实时读取横动伺服控制器内横动杆实际运行周期数，即横动频次，在横动杆实际运行周期数满足下列条件时，实时给横动伺服控制器发送实际运行加速结束点和实际运行减速开始点：
当横动杆实际运行周期数≤设定的开始缩导程周期数时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离；
当设定的开始缩导程的周期数<横动杆实际运行周期数≤设定的开始增导程的周期数，且处于负速度到正速度的换向点时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×n1；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× n1；
N1:在一个横动频次周期内，缩导程总次数，N1=开始增导程的周期数-开始缩导程的周期数；
n1: 在一个横动频次周期内，第n1次缩导程，0<n1< N1；
当设定的开始增导程的周期数<实际运行周期数≤设定的总运动周期数，且处于负速度到正速度的换向点时，
计算机发送：
实际运行加速结束点=加速距离+每次缩导程的幅度×N1-每次增导程的幅度×n2；
实际运行减速开始点=横动动程-减速距离-每次缩导程的幅度× N1+每次增导程的幅度×n2；
N2:在一个横动频次周期内，增导程总次数，N2=横动频次周期数-开始增导程的周期数；
n2: 在一个横动频次周期内，第n2次增导程，0<n2<N2；
(4)计算机不断的给横动伺服控制器发送数据，控制横动动程从原来动程减小到最小动程，再由最小动程增大到原来动程，这样动程不断地循环变化，就实现了纺松式纱，这种实现松式纱的过程同时具有防叠效果。
2.按照权利要求1 所述的倍捻机伺服驱动系统的控制方法，其特征在于：所述的人机界面通过232通讯方式与计算机交互；计算机通过485通讯方式与横动伺服控制器交互。
3.按照权利要求1或2 所述的倍捻机伺服驱动系统的控制方法，其特征在于：所述横动伺服电机的加减速距离为2mm—4mm，所述主横动动程范围为140mm—160mm，所述卷绕速度范围为15—60 m/min，所述交叉角范围为16.5°—21.5°。
4.按照权利要求1或2 所述的倍捻机伺服驱动系统的控制方法，其特征在于：所述的卷绕编码器和横动编码器均为光电脉冲编码器。
5.按照权利要求3 所述的倍捻机伺服驱动系统的控制方法，其特征在于：所述的卷绕编码器和横动编码器均为光电脉冲编码器。
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