CN117800157A - 一种纱线张力系统控制装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种纱线张力系统控制装置与方法，装置包括箱体、卷辊、纱线、张力控制装置、驱动电机、系统控制器、工控机。本发明通过两个驱动电机工作，将卷辊上的纱线进行收、放卷操作，设置的应变片式的纱线张力传感器与张力控制器在工控机的协调下运用等效滑模控制方法来对纱线进行实时调节，纱线通过张力盘时，张力盘式的张力控制器会对纱线进行加压产生张力，当纱线张力达到预设的范围值后，收卷电机会对纱线进行收卷操作。装置灵活度高，适应范围广。
Description
技术领域
本发明涉及智能化纺织技术领域，特别是涉及一种纱线张力系统控制装置与方法。
背景技术
纱线张力控制技术在纺织工业中扮演着至关重要的角色。这一技术关系到最终产品的质量和性能，因此受到了工业界的特别关注。纱线通常会需要进行张力处理，这样张力处理过的纱线在强度上会产生良性变化，满足织造的特殊要求。本发明提供一种纱线张力系统控制装置与方法，旨在通过张力传感器把张力实时数据传输到工控机后，工控机将接受到的数据和张力设定值进行比对计算，发出信号到纱线张力控制器中，经过纱线张力控制器运用纱线张力控制算法对纱线张力控制器进行调节以此来让纱线张力达到预先设定的值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纱线张力系统控制装置与方法，本发明解决当前的纱线在张力调节过程中断裂和张力不均等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种纱线张力系统控制装置，设置于半封闭的箱体中，包括卷辊、张力传感器、驱动电机、系统控制器和张力控制器，所述的卷辊固定在箱体中，所述的张力传感器固定在两个卷辊之间，所述的驱动电机，通过它调节电机的速度，所述的系统控制器连接着张力传感器、驱动电机、纱线张力控制器和工控机，所述的纱线张力控制器固定在卷辊的下方。
通过采用上述技术方案，在进行纱线的络纱时，纱线从原纱轴上放出，通过纱线驱动器进去放卷操作；卷辊对纱线起到导向作用，经过张力传感器时，将实时的张力传输到工控机中，计算出此时间段的所述纱线实际张力平均值并与设定在工控机中纱线张力设定值比对，得出比对结果并通过纱线张力控制算法才对纱线张力进行调节。
通过采用上述技术方案，通过工控机显示张力传感器的具体数值从而方便操作人员直观的观察纱线张力大小并进行调节。
本发明的有益效果是：
1)本发明设置的传感器、纱线控制器、纱线张力控制方法以及工控机能够实时将纱线张力控制在设定范围内，极大的降低了纱线张力的波动，提高纱线质量；
2)通过设计的箱体中的各设备之间的相互配合下，可以对设备进行快速的拆卸和安装，增加设备的拆装效率，提高了设备的维修效率；
3)通过工控机的设置，纱间接测得纱线的张力，且通过计算机得到纱线的实时张力，从而方便操作人员直观的观察纱线张力大小，通过设计的张力控制方法，可以快速有效的调节纱线张力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明提供的一种纱线张力控制的装置的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明涉及一种纱线张力控制的装置，如图1所示，包括箱体1，所述箱体1内设有张力传感器4，其两端通过纱线与收卷辊轴2、放卷辊轴3、控制器9和纱线张力控制器7、8相连；所述的张力传感器2内，设有一组电阻应变片型张力传感器；所述的驱动电机7、8与控制器9及纱线张力控制器5、6和工控机10相连；所述的工控机10对张力传感器4获取的张力实时数据进行处理，精确测出纱线的张力，并与张力设定值进行对比，通过发出指令运用纱线张力控制方法来调节纱线张力控制器。
步骤1、通过系统控制器发出指令，启动驱动电机进行纱线的放卷和收卷操作；
步骤2、通过张力盘对纱线施加张力，纱线在传输过程中经过张力传感器，张力传感器对纱线的张力进行检测，并将检测到的数据发送到工控机中；
步骤3、工控机对所获取的数据，进行处理，然后每隔一段时间计算一次实际的张力平均值，并与设定在计算机中的张力设定值比对，得出比对结果并通过纱线张力控制算法才对纱线张力进行调节。
步骤4、通过比对结果，利用纱线张力控制算法对纱线张力进行调节。包括以下几点：
(1)建立纱线张力控制系统的纱线整经模型；
纱线整经机构等效传动原理示意图如图1所示。图中T为纱线张力，r0为卷辊半径，r01、r02为空轴半径，M01、M02为电机的电磁扭矩，v1、v2为纱线的线速度。
纱线张力可描述为
其中K为纱线张力系数。
但在实际操作中，存在一些不确定的干扰，如脱落、打纬等。考虑到这些干扰，纱线整经的数学模型可以描述为
其中，ω1为放卷卷辊的角速度，rm1为全卷辊半径，为卷辊角位移，δ1为每层纱线厚度，Cs1为粘性摩擦系数，i1为系统减速比，λ1cosγ1t为干扰项，ρ1为纱线质量密度，b1为卷绕宽度，J01是空卷辊的转动惯量，JD1为电机轴的转动惯量。
(2)考虑脱落、打纬等干扰，建立卷曲过程的数学模型；
考虑脱落、打纬等干扰，卷曲过程的数学模型可描述为
其中，ω2为放卷卷辊的角速度，为卷辊角位移，δ2为每层纱线厚度，Cs2为粘性摩擦系数，i2为系统减速比，λ2cosγ2t为干扰项，ρ2为纱线质量密度，b2为卷绕宽度，J02是空卷辊的转动惯量，JD2为电机轴的转动惯量。
(3)将纱线张力控制系统的被控对象模型整理成二阶非线性形式；
基于带扰动的数学模型(1)，可得到二阶非线性系统为
其中，
采用等效滑模控制来控制张力。设期望张力为Td，则跟踪误差为e＝Td-T，且
滑模面设置为
等效控制器可设计为
为了满足滑模可达条件，切换控制设计为
其中，K1＝D+η，|d(t)|≤D，η＞0。
同理可得，卷曲过程的二阶非线性形式
其中，
设期望张力为Td，则跟踪误差为e＝Td-T，且滑模面设置为
等效控制器可设计为
类似地，切换控制设计为
其中，K1＝D+η，|d(t)|≤D，η＞0。
(4)设计基于等效滑模控制的控制率实现张力控制。
滑模控制律由上述两项组成
u＝ueq+usw (12)
将李雅普诺夫函数定义为：
所以，
因此，
所以，(/>当且仅当s＝0)。据此，可以证明系统的稳定性
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种纱线张力系统控制装置，包括箱体(1)，其特征在于：所述箱体(1)内设有纱线张力控制系统，被检测纱线的两端通过卷辊(2、3)分别与张力盘式的张力控制器(5、6)和应变片式的纱线张力传感器(4)相连，纱线经过张力传感器后，将检测到的数据传输到工控机(10)；所述的驱动电机(7、8)与系统控制器(9)相连；所述的系统控制器(9)与驱动电机、纱线张力传感器和工控机(10)相连；所述工控机(10)对张力传感器发送过来的张力数据进行处理，测出纱线张力的实际张力平均值，并分析张力变化的统计特征。
2.根据权利要求1所述的纱线张力系统控制装置，其特征在于：所述箱体(1)为半封闭结构，所述纱线传感器(4)用于实时检测张力并将张力数据传输到所述工控机。
3.根据权利要求1所述的纱线张力系统控制装置，其特征在于：所述驱动电机(7)、(8)能够通过工控机(10)发出的指令经过系统控制器(9)，来调节驱动动机的转速。
4.根据权利要求1所述的纱线张力系统控制装置，其特征在于：所述的系统控制器(9)用于控制驱动电机(7、8)，接收张力传感器(4)反馈的张力，以及工控机(10)发出的指令。
5.根据权利要求1所述的纱线张力系统控制装置，其特征在于：所述的张力盘式的纱线张力控制器(5、6)能够通过所述的工控机设定的纱线张力控制算法，来对纱线进行控制以达到张力的设定值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的纱线张力系统控制装置，其特征在于：所述的工控机(10)每间隔一定时间计算出此时间段的所述纱线实际张力平均值并与设定在计算机中纱线张力设定值比对，得出比对结果，并通过纱线张力控制算法才对纱线张力进行调节。
7.一种纱线张力系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)建立纱线张力控制系统的纱线整经模型；
纱线张力可描述为
其中，K为纱线张力系数；T为纱线张力，v1、v2为纱线的线速度；
但在实际操作中，存在一些不确定的干扰，考虑到这些干扰，纱线整经的数学模型可以描述为
其中，ω1为放卷卷辊的角速度，rm1为全卷辊半径，为卷辊角位移，δ1为每层纱线厚度，Cs1为粘性摩擦系数，i1为系统减速比，λ1cosγ1t为干扰项，ρ1为纱线质量密度，b1为卷绕宽度，J01是空卷辊的转动惯量，JD1为电机轴的转动惯量；r0为卷辊半径，r01、r02为空轴半径，M01、M02为电机的电磁扭矩；
(2)考虑脱落、打纬等干扰，建立卷曲过程的数学模型；
考虑脱落、打纬等干扰，卷曲过程的数学模型可描述为
其中，ω2为放卷卷辊的角速度，为卷辊角位移，δ2为每层纱线厚度，Cs2为粘性摩擦系数，i2为系统减速比，λ2cosγ2t为干扰项，ρ2为纱线质量密度，b2为卷绕宽度，J02是空卷辊的转动惯量，JD2为电机轴的转动惯量；
(3)将纱线张力控制系统的被控对象模型整理成二阶非线性形式；
基于带扰动的数学模型(1)，可得到二阶非线性系统为
其中，
采用等效滑模控制来控制张力。设期望张力为Td，则跟踪误差为e＝Td-T，且
滑模面设置为
等效控制器可设计为
为了满足滑模可达条件，切换控制设计为
其中，K1＝D+η，|d(t)|≤D，η＞0；
同理可得，卷曲过程的二阶非线性形式
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设期望张力为Td，则跟踪误差为e＝Td-T，且滑模面设置为
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类似地，切换控制设计为
其中，K1＝D+η，|d(t)|≤D，η＞0；
(4)设计基于等效滑模控制的控制率实现张力控制；
滑模控制律由上述两项组成
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所以，(/>当且仅当s＝0)，据此，可以证明系统的稳定性。
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2023
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