CN112593333A - 一种成组保持纤维纱线张力的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纤维纱线张力控制技术领域，具体涉及一种成组保持纤维纱线张力的方法，包括以下步骤：将一组电机通过同一个三相调压器进行供电；计算放卷辊筒的实时卷径；根据纱线所需的张力和实时卷径计算电机的所需输出电压；通过三相调压器调节一组电机的输出电压至所需输出电压。本发明中通过同一个三相调压器对一组电机进行电压控制，使得该组内的电机在相同的纱线张力下输出所需输出电压，且电压随纱筒卷径而实时变化，有效的保证了多股纱线张力的一致性和稳定性，将上述方法作用于一束扁状丝时，可保证该丝束内无缝隙，保证最终织物的质量。同时本发明中还请求保护一种成组保持纤维纱线张力的系统，具有同样的技术效果。

Description

一种成组保持纤维纱线张力的方法及系统

技术领域

本发明涉及纤维纱线张力控制技术领域，尤其涉及一种成组保持纤维纱线张力的方法及系统。

背景技术

碳纤维生产线在编织之前需要整经，需要把碳纤维纱线经过放纱、集纱、展纤、加热、缠绕几个工序，把单根的纱整经成一定宽度的扁状丝，并且与其他纱形成一体，成型一致性较好的半成品，从质量控制方面要求扁状丝中间不能有缝隙。为了满足上述要求，在第一工序放纱的过程中，需要使得各股纱线保持统一的张力，在实际控制过程中，因为纱筒卷径的实时变化，使得多股纱线张力的一致性稳定性控制难度较大。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种成组保持纤维纱线张力的方法及系统，使其更具有实用性。

发明内容

本发明中提供了一种成组保持纤维纱线张力的方法及系统，有效的解决了背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种成组保持纤维纱线张力的方法，包括以下步骤：

将一组放卷用电机通过同一个三相调压器进行供电；

计算放卷辊筒的实时卷径；

根据纱线所需的张力和所述实时卷径计算电机的所需输出电压；

通过所述三相调压器调节一组所述电机的输出电压至所需输出电压。

进一步地，所述所需输出电压的计算公式如下：

其中，

U为电机的所需输出电压，单位为V；

F为纱线所需的张力值，单位为N；

R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m；

K和b为常数。

进一步地，所述放卷辊筒的实时卷径通过纱线的线速度和电机在单位时间内的转数计算。

进一步地，放卷辊筒的实时卷径计算公式如下：

其中，

R为实时卷径，单位为m；

V为纱线的线速度，单位为m/s；

N为电机1s内的转数。

进一步地，还包括以下步骤：

对所述三相调压器的每一相电压进行检测，并取三相电压有效值的平均值作为控制电压，根据所述控制电压和所需输出电压的比较结果对所述输出电压进行调整。

一种成组保持纤维纱线张力的系统，包括：

力机，与纱线的放卷辊筒一一对应设置，为所述放卷辊筒提供转动动力；

三相调压器，与待控制的一组电机连接；

放卷辊筒测量单元，采集用于计算所述放卷辊筒卷径的参数；

控制器，根据纱线所需的张力和所述参数计算电机的所需输出电压；

其中，所述三相调压器根据所述所需输出电压控制一组所述电机的输出电压。

进一步地，所述所需输出电压的计算公式如下：

其中，

U为电机的所需输出电压，单位为V；

F为纱线所需的张力值，单位为N；

R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m；

K和b为常数。

进一步地，还包括电机转数采集单元，对所述电机在单位时间内的转数进行采集，包括：

磁铁，固定于所述电机的转轴上，随电机同步转动；

感应元件，固定设置且对所述磁铁的转动圈数进行感应；

磁旋转编码器，通过自身精度控制所述圈数的精确范围；

磁旋转编码器芯片，根据感应结果和精度范围对所述圈数进行计算。

进一步地，所述放卷辊筒的实时卷径计算公式如下：

其中，

R为实时卷径，单位为m；

V为纱线的线速度，单位为m/s；

N为电机1s内的转数。

进一步地，还包括电压检测模块，对单相电压进行检测，且检测结果用于所述输出电压的调整。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中通过同一个三相调压器对一组电机进行电压控制，使得该组内的电机在相同的纱线张力下输出所需输出电压，且电压随纱筒卷径而实时变化，有效的保证了多股纱线张力的一致性和稳定性，将上述方法作用于一束扁状丝时，可保证该丝束内无缝隙，保证最终织物的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为纱线放卷且经整经后收卷的简化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种成组保持纤维纱线张力的方法，包括以下步骤：将一组电机通过同一个三相调压器进行供电，本发明中采用力矩电机，通过接触器调压器自带同步电机控制碳刷沿线圈表面滑动，调节匝数比来输出电压有效值，输出的电压波形为正弦波，免除了谐波干扰的风险；计算放卷辊筒的实时卷径；根据纱线所需的张力和实时卷径计算电机的所需输出电压，此处所指的所需输出电压为根据卷径而实时进行变化的变化值；通过三相调压器调节一组电机的输出电压至所需输出电压。

本发明中通过同一个三相调压器对一组电机进行电压控制，如图1所示，使得该组内的电机在相同的纱线张力需求下输出所需输出电压，且电压随纱筒卷径而实时变化，有效的保证了多股纱线张力的一致性和稳定性，将上述方法作用于一束扁状丝时，可保证该丝束内无缝隙，保证最终织物的质量。

作为上述实施例的优选，所需输出电压的计算公式如下：

其中，U为电机的所需输出电压，单位为V；F为纱线所需的张力值，单位为N；R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m；K和b为常数。

上述公式的推导过程如下：

在现有技术中，已知电机的输出力矩M与电流I的平方所成的曲线关系以及电机的输出力矩M与功率P之间所成的直线关系，推导出电机的输出力矩M与输出电压u之间的关系为：

M＝Ku²+b 公式一

其中，M为电机的输出力矩，单位为N·m；u为电机的输出电压，单位为V；K和b为常数。

同时已知：

M＝F·R 公式二

其中，M为电机的输出力矩，单位为N·m；F为电机的输出电压，单位为V；R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m。

根据公式一和公式二可得：

F·R＝Ku²+b 公式三

本优选方案中电机的所需输出电压的计算公式则有上述公示三推导所得。公式一中的曲线形式会因不同厂家电机以及不同的参数等原因而不同，其中，常数b选择的依据在于电机的起始电压值，当电压大于起始电压值是才能够安保证电机的顺利启动。在实际生产的过程中，本发明中所控制的一组电机需要尽可能的保证来自相同的厂家和具有相同的参数，但在实际上电机完全相同的自身属性是难以保证的，因此针对一组电机的K和b值往往是通过调试和数据总结而获得的，综合一组电机各自的属性。

作为上述实施例的优选，放卷辊筒的实时卷径通过纱线的线速度和电机在单位时间内的转数计算，具体地，放卷辊筒的实时卷径计算公式如下：

其中，R为实时卷径，单位为m；V为纱线的线速度，单位为m/s；N为电机1s内的转数。为了保证整经完成的纱线进行稳定的收卷，线速度V通常需要被控制为定值，因此，为了适应卷径的变化，电机在1s内的转数是实时变化，可通过现有技术进行采集。

为了实现闭环的控制形式，使得电机的输出电压更加精准，电机输出力矩更加稳定，本发明中成组保持纤维纱线张力的方法还包括以下步骤：对三相调压器的每一相电压进行检测，并取三相电压有效值的平均值作为控制电压，根据控制电压和所需输出电压的比较结果对输出电压进行调整，此处所指的调增为微调行为，实现对电机的闭环控制，且可通过控制差值极限值的方式来进行调整精度的调节。

一种成组保持纤维纱线张力的系统，包括：电机，与纱线的放卷辊筒一一对应设置，为放卷辊筒提供转动动力；三相调压器，与待控制的一组电机连接；放卷辊筒测量单元，采集用于计算放卷辊筒卷径的参数，此处所指的参数可以直接为放卷辊筒的卷径，也可为对卷径进行计算的相关参数；控制器，根据纱线所需的张力和参数计算电机的所需输出电压，通过所需输出电压对电机进行控制有效的保证；其中，三相调压器根据所需输出电压控制一组电机的输出电压。

同样地，本发明的系统中通过同一个三相调压器对一组电机进行电压控制，使得该组内的电机在相同的纱线张力需求下输出所需输出电压，实现了与上述实施例中相同的保证最终织物质量的目的。

所需输出电压的计算公式如下：

其中，U为电机的所需输出电压，单位为V；F为纱线所需的张力值，单位为N；R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m；K和b为常数。

作为上述实施例的优选，本实施例中采集的用于计算放卷辊筒卷径的参数为电机1s内的转数，因此还包括电机转数采集单元，对电机在单位时间内的转数进行采集，包括：磁铁，固定于电机的转轴上，随电机同步转动；感应元件，固定设置且对磁铁的转动圈数进行感应，此处的固定设置指相对于放卷贯通的转轴而固定设置，一般而言与设备本体固定连接；磁旋转编码器，通过自身精度控制圈数的精确范围；磁旋转编码器芯片，根据感应结果和精度范围对圈数进行计算。

在实施过程中，磁铁装在电机的转轴上，随电机一起转动，每次起点作为原点，磁铁所转的整圈计入圈数的整数部分，磁旋转编码器AB相4倍频精度为1/1024，单倍频精度为1/256，采用单倍频，细分为256小格，即通过256小格判断电机的非整圈转数，获得圈数的小数部分。设1s内电机转过原点m1圈，定时器计时为t1，剩下的半圈为m2小格，定时器计时每小格耗时t2，则：

N＝m1*t1+m2*t2

其中，m1、m2通过磁旋转编码器读得数据，t1、t2通过嵌入式中央处理器运算得到，t1、t2无单位。

其中，放卷辊筒的实时卷径计算公式如下：

其中，R为实时卷径，单位为m；V为纱线的线速度，单位为m/s；N为电机1s内的转数，单位为1/s。

作为上述实施例的优选，成组保持纤维纱线张力的系统还包括电压检测模块，对单相电压进行检测，且检测结构用于输出电压的调整，检测到的每一相电压值反馈给PLC，取三相电压有效值的平均值作为控制电压，对电机的控制形成闭环，使输出电压更加精准，电机输出力矩更加稳定。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种成组保持纤维纱线张力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将一组放卷用电机通过同一个三相调压器进行供电；

计算放卷辊筒的实时卷径；

根据纱线所需的张力和所述实时卷径计算电机的所需输出电压；

通过所述三相调压器调节一组所述电机的输出电压至所需输出电压。

2.根据权利要求1所述的成组保持纤维纱线张力的方法，其特征在于，所述所需输出电压的计算公式如下：

其中，

U为电机的所需输出电压，单位为V；

F为纱线所需的张力值，单位为N；

R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m；

K和b为常数。

3.根据权利要求1或2所述的成组保持纤维纱线张力的方法，其特征在于，所述放卷辊筒的实时卷径通过纱线的线速度和电机在单位时间内的转数计算。

4.根据权利要求3所述的成组保持纤维纱线张力的方法，其特征在于，放卷辊筒的实时卷径计算公式如下：

其中，

R为实时卷径，单位为m；

V为纱线的线速度，单位为m/s；

N为电机1s内的转数。

5.根据权利要求1所述的成组保持纤维纱线张力的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对所述三相调压器的每一相电压进行检测，并取三相电压有效值的平均值作为控制电压，根据所述控制电压和所需输出电压的比较结果对所述输出电压进行调整。

6.一种成组保持纤维纱线张力的系统，其特征在于，包括：

电机，与纱线的放卷辊筒一一对应设置，为所述放卷辊筒提供转动动力；

三相调压器，与待控制的一组电机连接；

放卷辊筒测量单元，采集用于计算所述放卷辊筒卷径的参数；

控制器，根据纱线所需的张力和所述参数计算电机的所需输出电压；

其中，所述三相调压器根据所述所需输出电压控制一组所述电机的输出电压。

7.根据权利要求6所述的成组保持纤维纱线张力的系统，其特征在于，所述所需输出电压的计算公式如下：

其中，

U为电机的所需输出电压，单位为V；

F为纱线所需的张力值，单位为N；

R为放卷辊筒的实时卷径，单位为m；

K和b为常数。

8.根据权利要求6或7所述的成组保持纤维纱线张力的系统，其特征在于，还包括电机转数采集单元，对所述电机在单位时间内的转数进行采集，包括：

磁铁，固定于所述电机的转轴上，随电机同步转动；

感应元件，固定设置且对所述磁铁的转动圈数进行感应；

磁旋转编码器，通过自身精度控制所述圈数的精确范围；

磁旋转编码器芯片，根据感应结果和精度范围对所述圈数进行计算。

9.根据权利要求8所述的成组保持纤维纱线张力的系统，其特征在于，所述放卷辊筒的实时卷径计算公式如下：

其中，

R为实时卷径，单位为m；

V为纱线的线速度，单位为m/s；

N为电机1s内的转数。

10.根据权利要求6所述的成组保持纤维纱线张力的系统，其特征在于，还包括电压检测模块，对单相电压进行检测，且检测结果用于所述输出电压的调整。

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