CN104973455B - 一种基于fft控制算法的纱线张力控制方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FFT控制算法的纱线张力控制方法和控制系统，采用无刷直流电机作为送纱电机，采用不可控步进电机作为卷绕电机，通过调节送纱电机相对于卷绕电机的转速差来控制纱线的张力，使用张力传感器感应纱线张力，张力值信号经由AD信号处理电路的缩放传入MCU控制单元，信号中包含表示目标张力值大小的直流信号和表示横动导纱频率的交流信号，MCU控制器单元通过FFT算法分析提取出直流信号和交流信号，并通过DA信号处理电路送至无刷直流控制器，进而通过电机驱动控制电路驱动无刷直流电机，直流信号大于目标张力值，送纱电机加速，反之应减速；交流信号的位置值越大，表示电机处在加速状态，反之处在减速状态。本发明提高了张力控制稳定性。
Description
技术领域
本发明属于纺织机械领域，具体涉及一种基于FFT控制算法的纱线张力控制方法和控制系统。
背景技术
纱线张力控制是纺织行业中一个评定纱线制造设备纱线质量好坏的重要参数之一。在纱线卷绕过程中，张力的大小和稳定程度对于纱线的质量、成型、后续的加工（比如染色等）有很大的影响。在卷绕过程中对于适应不同张力要求的纱线有着不同的张力大小控制要求。在传统的控制方法中一般所采用的是PID控制。该控制方法在固定系统有显著的效果，但对于时变、非线性系统效果不是很显著。
因此在此背景下提出了一种FFT控制方法。该控制方法是对张力控制的一种辅助算法，是对张力信号进行在线整定。
发明内容
本发明旨在改善纱线制造和整理设备纱线张力控制系统软件控制的效果，增强软件控制的稳定性和对系统的适应性，提供一种基于FFT控制算法的纱线张力控制方法和控制系统。
为此，本发明采用以下技术方案：一种基于FFT控制算法的纱线张力控制方法，采用一个无刷直流电机作为送纱电机控制纱路上的主动送纱，采用一个不可控步进电机作为卷绕电机驱动纱线卷绕，通过调节送纱电机相对于卷绕电机的转速差来控制纱线的张力，使用张力传感器感应纱线张力，其特征是，采集的传感器反馈信号点数设定为M点，传感器反馈信号中包含直流信号和交流信号，直流信号表示目标张力值的大小，交流信号表示卷绕纱线时横动导纱的频率，通过FFT算法分析提取出传感器反馈信号中的直流信号和交流信号，根据直流信号和交流信号控制送纱电机的运转，直流信号大于目标张力值表示张力过大，送纱电机应加速，反之表示张力过小，送纱电机应减速；交流信号的位置值越大，表示电机处在加速状态，反之处在减速状态；其分析控制过程包括以下步骤：
步骤1：设定目标张力值为Targetvalue；
步骤2：存储采集A/D信号值为ADvalue；
步骤3：采样点数N = N +1；
步骤4：判断N是否大于设定采样点数M，如果小于，返回步骤2；否则继续步骤5；
步骤5：进行信号FFT分析，得到直流信号存储为DCvalue，交流信号存储为ACvalue，交流信号最大值存储为ACvalueMAX，同时存储该值的位置信息Place_ACvalueMAX；
步骤6：存储位置差值：D-Place=Place_ACvalueMAX - LastPlace_ACvalueMAX；
步骤7：存储上一次最大交流信号值的位置信息，LastPlace_ACvalueMAX =Place_ACvalueMAX；
步骤8：判断D-Place的值，如果等于0，转到步骤9，如果大于0，转到步骤10，如果小于0，转到步骤11；
步骤9：计算直流误差信号：Error=Dcvalue - Targetvalue，存储输出DA信号值：DA = DA + Error * L；
步骤10：存储输出DA信号值：DA += ACvalueMAX * k；
步骤11：存储输出DA信号值：DA -= ACvalueMAX * k；
上述步骤中的L、K为小于1并且大于0的数值。
一种基于FFT控制算法的纱线张力控制系统，其特征是，所述的纱线张力控制系统包括纱线张力传感器、作为送纱电机的无刷直流电机、人机操作界面、MCU控制器单元、AD信号处理电路、DA信号处理电路、无刷直流电机控制器、电机驱动控制电路；每个MCU控制器单元都通过通信显示与参数设定模块连接一个TFT液晶屏，多个MCU控制器单元各自通过CAN通信模块与同一个人机操作界面连接；张力传感器读取的张力值信号经由AD信号处理电路的缩放传入到MCU控制单元，经过FFT控制算法的处理后将信号通过DA信号处理电路送至无刷直流控制器，进而通过电机驱动控制电路驱动无刷直流电机。
作为对上述控制系统技术方案的补充和完善，本发明还包括下述技术特征：
所述的电机驱动控制电路为MOSFET驱动电路。
本发明中实现的控制算法是对传统PID控制算法的一个补偿和辅助。大大提高了恒张力控制的稳定性和适应性。
本发明可以达到的有益效果：通过使用FFT控制算法对传统PID控制算法进行补偿和辅助，大大提高了控制上的稳定性和对多种环境的适应性，从而提高了恒张力控制的稳定性和适应性。
附图说明
图1是本发明方法实现过程框图。
图2是本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明方法采用一个无刷直流电机作为送纱电机控制纱路上的主动送纱，采用一个不可控步进电机作为卷绕电机驱动纱线卷绕，通过调节送纱电机相对于卷绕电机的转速差来控制纱线的张力，使用张力传感器感应纱线张力，采集的传感器反馈信号点数设定为M点，传感器反馈信号中包含直流信号和交流信号，直流信号表示目标张力值的大小，交流信号表示卷绕纱线时横动导纱的频率，通过FFT算法分析提取出传感器反馈信号中的直流信号和交流信号，根据直流信号和交流信号控制送纱电机的运转，直流信号大于目标张力值表示张力过大，送纱电机应加速，反之表示张力过小，送纱电机应减速；交流信号的位置值越大，表示电机处在加速状态，反之处在减速状态。如图1所示，本发明方法的分析控制过程包括以下步骤：
步骤1：设定目标张力值为Targetvalue；
步骤2：存储采集A/D信号值为ADvalue；
步骤3：采样点数N = N +1；
步骤4：判断N是否大于设定采样点数M，如果小于，返回步骤2；否则继续步骤5；
步骤5：进行信号FFT分析，得到直流信号存储为DCvalue，交流信号存储为ACvalue，交流信号最大值存储为ACvalueMAX，同时存储该值的位置信息Place_ACvalueMAX；
步骤6：存储位置差值：D-Place=Place_ACvalueMAX - LastPlace_ACvalueMAX；
步骤7：存储上一次最大交流信号值的位置信息，LastPlace_ACvalueMAX =Place_ACvalueMAX；
步骤8：判断D-Place的值，如果等于0，转到步骤9，如果大于0，转到步骤10，如果小于0，转到步骤11；
步骤9：计算直流误差信号：Error=Dcvalue - Targetvalue，存储输出DA信号值：DA = DA + Error * L；
步骤10：存储输出DA信号值：DA += ACvalueMAX * k；
步骤11：存储输出DA信号值：DA -= ACvalueMAX * k；
上述步骤中的L、K为小于1并且大于0的数值，通过在设备现场调试时确定。
如图2所示，本发明的纱线张力控制系统，包括纱线张力传感器、作为送纱电机的无刷直流电机、人机操作界面、MCU控制器单元、AD信号处理电路、DA信号处理电路、无刷直流电机控制器、电机驱动控制电路；每个MCU控制器单元都通过通信显示与参数设定模块连接一个TFT液晶屏，多个MCU控制器单元各自通过CAN通信模块与同一个人机操作界面连接；张力传感器读取的张力值信号经由AD信号处理电路的缩放传入到MCU控制单元，经过FFT控制算法的处理后将信号通过DA信号处理电路送至无刷直流控制器，进而通过电机驱动控制电路驱动无刷直流电机。电机驱动控制电路为MOSFET驱动电路。
Claims (1)
1.一种基于FFT控制算法的纱线张力控制方法，采用一个无刷直流电机作为送纱电机控制纱路上的主动送纱，采用一个不可控步进电机作为卷绕电机驱动纱线卷绕，通过调节送纱电机相对于卷绕电机的转速差来控制纱线的张力，使用张力传感器感应纱线张力，其特征在于：采集的传感器反馈信号点数设定为M点，传感器反馈信号中包含直流信号和交流信号，直流信号表示目标张力值的大小，交流信号表示卷绕纱线时横动导纱的频率，通过FFT算法分析提取出传感器反馈信号中的直流信号和交流信号，根据直流信号和交流信号控制送纱电机的运转，直流信号大于目标张力值表示张力过大，送纱电机应加速，反之表示张力过小，送纱电机应减速；交流信号的位置值越大，表示电机处在加速状态，反之处在减速状态；其分析控制过程包括以下步骤：
步骤1：设定目标张力值为Targetvalue；
步骤2：存储采集A/D信号值为ADvalue；
步骤3：采样点数N = N +1；
步骤4：判断N是否大于设定采样点数M，如果小于，返回步骤2；否则继续步骤5；
步骤5：进行信号FFT分析，得到直流信号存储为DCvalue，交流信号存储为ACvalue，交流信号最大值存储为ACvalueMAX，同时存储该值的位置信息Place_ACvalueMAX；
步骤6：存储位置差值：D-Place=Place_ACvalueMAX - LastPlace_ACvalueMAX；
步骤7：存储上一次最大交流信号值的位置信息，LastPlace_ACvalueMAX = Place_ACvalueMAX；
步骤8：判断D-Place的值，如果等于0，转到步骤9，如果大于0，转到步骤10，如果小于0，转到步骤11；
步骤9：计算直流误差信号：Error=Dcvalue - Targetvalue，存储输出DA信号值：DA =DA + Error * L；
步骤10：存储输出DA信号值：DA += ACvalueMAX * k；
步骤11：存储输出DA信号值：DA -= ACvalueMAX * k；
上述步骤中的L、K为小于1并且大于0的数值。
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