CZ9693A3

CZ9693A3 - Process and apparatus for the control of a drafting mechanism

Info

Publication number: CZ9693A3
Application number: CZ9396A
Authority: CZ
Inventors: Joachim Damming
Original assignee: Rieter Ingolstadt Spinnerei
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-03-16
Also published as: DE59205698D1; JP3358840B2; DE4202352A1; ES2086057T3; EP0553483A1; EP0553483B1; JPH06200426A; US5384934A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu regulace průtažného ústrojí, při kterém’ se zjištují měrné signály o tloušťce pramene vláken na vstupu a na výstupu průtažného ústrojí a zpracovávají se v regulačním systému. Tímto způsobem se řídi a/nebo regulovaně mění průtah pramene vláken v průtažném ústrojí používaném v textilním průmyslu. Pod pojmem regulace se rozumí řízení a/nebo regulace průtahu. Regulací se mají korigovat vlivy okolí a také strojně technické vlivy tak, aby vady způsobované těmito vnějšími podmínkami mohly být v průběhu průtahu dostatečně kompenzovány.

Dosavadní stav techniky

Vývoj regulačních systémů pro průtah pramene vláken přináší při současném stavu techniky mnoho specializovaných řídicích a regulačních operací, které zpravidla zvládají jednotlivé specializované úkoly z celého souboru činností regulačního systému.

Každý takový regulační systém pro regulaci průtahu pramene vláken musí formulovat model výrobního procesu a také musí sledovat a vyhodnocovat reakce průtažného ústrojí na řídicí veličiny, aby se tak nakonec optimalizovala přenosová charakteristika regulačního ústroji, jak je to zřejmé z EP-PA 412 448.

V této souvislosti popisuje regulační algoritmus vztahy % mezi jednotlivými veličinami, které se podílejí na celkovém výsledku. Tato metoda je velmi efektivní, jestliže jsou vztahy mezi veličinami jednoduché, to znamená dobře formulovatelné a v dostatečném rozsahu známé. Tato podmínka,je pro napodobování technických procesů, například regulace průtažného ústrojí v důsledku komplexnosti faktorů ovlivňujících výrobní proces, obtížně splnitelná. Takovými ovlivňujícími faktory, které dosud nebylo možno při regulaci průtažného procesu dostatečně a přímo kompenzovat, jsou například teplota snímacích kladek na vstupu a . výstupu průtažného ústroji, vlhkost vzduchu kolem pramene vláken, délka doby zastavení pramene vláken mezi snímacími kladkami a délka doby přistavení předlohové konve naplněné pramenem vláken, takže v praxi se střetávaly¹ snahy o optimalizaci regulačního algoritmu s narůstajícími problémy redundance měrných hodnot nebo se stabilitou regulačního obvodu.

Jednotlivé ovlivňující faktory je nutno si blíže objasnit:

- teplota:

Pro snímací kladky pro snímání tloušťky pramene vláken je rozhodující teplotou po spuštění stroje teplota okolního prostředí. Po spuštění stroje se mění teplota snímací kladky, protože třením pramene vláken teplota stoupá, až dosáhne provozních teplotních hodnot. V závislosti na teplotě okolního prostředí je přechod na provozní teplotu rychlejší nebo pomalejší. Tyto teplotní změny s neznámou časovou konstantou ovlivňuji pružící sílu snímací kladky a tím také vyklonění pohyblivé kladky snímacího ústroji, takže skutečné naměřené výsledky jsou odlišné.

Teplotní změny také ovlivňuji hodnoty kluzného nabo valivého tření v ložiskách, ve kterých jsou snímací kladky ulo··<'¥·

Jestliže se spustí chod dvou stejných průtažných ústrojí se stejným regulačním algoritmem v oddělených produkčních prostorech s různými teplotami okolího prostředí, je možno pri tomto pokusu zjistit, že až do doby dosažení stabilní ·’ , ,οζηί teploty je průtah obou pramenů vláken regulován rozumě. Příčinou toho je rozdílný vliv okolních teplot na pru3 žici působeni pohyblivé kladky snímacího kladkového ústrojí.

- doba zastavení stroje je určena délkou časového intervalu, po který je zastaven pohyb pramene vláken mezi oběma snímacími kladkami; to znamená, že tyto doby podporují změny tlouštky pramene vláken v důsledku různé doby trváni sevření snímacími kladkami.

- doba stání předlohové konve s pramenem vláken u průtažného stroje je rovna době od naplnění konve až do spotřebováni pramen.e vláken v průtažném ústrojí. Jestliže se tyto předlohové konve skladuji na meziskladovém místě a nepoužiji se ihned pro zpracování, podléhá jejich obsah okolním vlivům, zejména se přizpůsobuje okolní teplotě a vlhkosti vzduchu. Takový průběh popisuje také DE-OS 39 19 284. Podle délky doby působení těchto teplotních a vlhkostních vlivů se mění vlastnosti pramene vláken.

V závislosti na vlastní hmotnosti pramene vláken je pramen vláken podle výšky naplnění konve různě stlačen, pokud takové stlačení trvalo delší dobu.

Tyto vlivy vedou k měřicím chybám na měřicím členu, protože pro zpracováni veličin jako je teplota, vlhkost vzduchu, doba zastavení pohybu pramene vláken, doba stání konve s pramenem vláken u stroje neexistuje žádný matematický procesní model. Regulační systémy pracující na bázi takového matematického provozního modelu mohou u průtažného ústrojí jen v nedostačující míře kompenzovat popsané vlivy na naměřené signály.

Úkolem- vynálezu je proto zajistit korekci naměřených signálů regulační soustavy u průtažného ústroji tak, aby průtah pramene vláken byl dále optimalizován.

Změřená hodnota tloušťky pramene vláken, zjištěná měřicím ústrojím v průtažném ústrojí, je na základě ovlivňujících faktorů, uvedených v předchozí části, a v závislosti na měřicím principu různě zatížena měřici chybou.

V další části popisu bude objasněno, jak mohou být měřicí chyby, vznikající na vstupní snímací kladce, to znamená na kladce umístěné v blízkosti vstupu do průtažného ústroji, minimalizovány použitím fuzzy-regulace.

Podstata vynálezu

Ke stávajícímu regulačnímu systému průtažného ústrojí se podle vynálezu připojí fuzzy-regulační jednotka. Ve íuzzy-regulační jednotce se signál zpracovává tak, že se sloučí měřici signál s ovlivňovacími faktory, pomoci fuzzy-logického obvodu se tyto veličiny vyhodnotí a provedou se potřebné korektury. Tato fuzzy-regulační jednotka přijímá měrné signály od vstupní snímací kladky po průchodu analogově číslicovým převodníkem přímo a stejně tak přímo dostává signály přiváděné od výstupní sledovací kladky. Pro synchronizaci měrných signálů s průchodem pramene vláken vysílá vysílač impulzů své časové impulzy na fuzzy-regulační jednotku. Další vstup fuzzy-regulační jednotky tvoří nejméně jeden z ovlivňovacích faktorů, zahrnujících teplotu snímací kladky, vlhkost vzduchu v okolí pramene vláken, délku časového intervalu, ve kterém byl pohyb pramene vláken zastaven mezi oběma snímacími kladkami, dobu stání předlohové konve naplněné pramenem vláken, materiálové vlastnosti pramene vláken a rychlost podávání pramene vláken v průtažném ústroji. Také další ovlivňovací faktory, které nejsou v tomto konkrétním výčtu uvedeny, by mohly být přiváděny na vstup fuzzy-regulační jednotky.

Fuzzy-regulační jednotka realizuje zpracování signálu, potřebné pro průtažné ústroji, pomocí fuzzy-logiky.

Pro tento účel se přicházející měrné signály fuzzyfikují, to znamená jejich hodnoty se mění podle zásad fuzzy-logiky, aby se potom mohla vyhodnotit inference a mohla se spojit s fuzzy-pravidly, formulovanými z expertních znalostí. Při defuzzyfikaci se dopravuje jmenovitá hodnota signálu, která je měřítkem pro hledanou opravnou hodnotu.

Dalším význakem vynálezu je, že měrný signál, přicházející z měřicího členu, zejména z měřicí kladky a obsahující ovlivňovací faktory, se ještě před dalším zpracováním přímo koriguje v paměti FIFO, která je paměti fronty. Tato oprava se provádí ve stupni digitálního násobeni předřazeném paměti FIFO mezi měrným signálem a jmenovitou hodnotou signálu opravné hodnoty. Chyby zaviněné ovlivňovacími faktory FI až F5 jsou tak korigovány.

Jestliže se ve výstupním signálu regulace průtahu objevuje znovu chyba ve změněné formě, je možno podle polohy a tvaru změny provést změnu bodu nasazení regulace (FIFO délky) a zesílením regulace. K tomu účelu mění fuzzy-regulační jednotka ve spřaženém režimu oproti konvenčnímu regulačnámu systému jeho zjištěný bod nasazení regulace změnou FIFO délky v elektronické paměti a/nebo zesílením regulace v řídicím přístroji.

Jestliže se ve výstupním signálu objevuji periodické chyby, které se v přiváděném pramenu vláken nevyskytují, ukáže fuzzy-regulační jednotka chybu stroje.

Fuzzy-regulační jednotka může být vytvořena ve formě analogového počítače s diskrétními tranzistorovými prvky,s hradlovými poli sa konvenčními mikroprocesory a s procesory pro zpracováni signálů nebo speciálními fuzzy-procesory. Přitom může být regulace průtahu a vytváření korekčních hodnot prováděno také v základní jednotce s dostatečným výkonem, například v procesoru na zpracování signálů.

Regulace průtahu se potom provádí při přerušovaném řízení podle časových impulzů stroje. Fuzzy-regulační jednotka je potom k dispozici zbývající kapacita počítače.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomoci příkladů provedení, zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 zobrazení funkčních propojeni regulace na průtažném ústrojí s fuzzy-regulační jednotkou, obr. 2 principielní průběh zjišťování velikosti chyb podle fuzzy-logiky, obr. 3 blokové schéma technického vybavení fuzzy-regulační jednotky a jeho rozhraní a obr. 4 okamžitý stav inference odpovídající korekci snímací kladky.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje ve schematickém zobrazení, že pramen 1 vláken je přiváděn ke vstupní snímací kladce 2 a je protahován mezi třemi dvojicemi průtažných válečků 3 průtažného ústroji. Na výstupu průtažného ústroji je instalována výstupní snímací kladka 4.. Obr. 1 zobrazuje dále konvenčni řízení průtahu. V tomto konvenčním systému je nezávisle na řízení konvenčního regulačního systému instalován přes výstupní snímací kladku 4. snímač 18 pramene 1 vláken, kterým se snímá tloušťka pramene 1 vláken a kterým se při překročeni mezní hodnoty tloušťky zastaví hlavní motor 5.

Ke stávajícímu regulačnímu systému průtažného ústrojí je podle vynálezu připojena fuzzy-regulační jednotka 19. Rozhra* nimi ke konvenčnímu regulačnímu systému, které tvoří jeden vstup fuzzy-regulační jednotky 19 jsou první vedení 20 pro měrný signál od vstupní snímací kladky 2 a také druhé vedeni 22, které je zapojeno přes analogové číslicový převodník 17 na výstupní snímací kladku 4 pro snímáni výstupního měrného signálu. Dále je předávána rychlost pohybu pramene 1 vláken přes generátor 14 impulzů třetím vedením 21 na fuzzy regulační jednotku 19. Další vstupy fuzzy regulační jednotky 19 tvoři signál F1 teploty, signál F2 vlhkosti vzduchu, signál F3 doby zastavení stroje, signál F4 doby stání pramenem naplněné předlohové konve a signál F5 o materiálových vlastnostech pramene 1 vláken.

Generátorem 14 impulzů sdělovaná rychlost dopravy pramene 1 vláken a signály F1, F2, F3, F4, F5 jsou v fuzzy regulační jednotce 19 přepočteny na korekční hodnotu 25 pro snímači kladky.

Pomocí fuzzy-logiky se vedeními 20, 21, 22 vytvářejí velikosti hodnot pro FIFO délku 23 a zesílení regulace 24.

Obr. 2 zobrazuje sled základních kroků prováděných při opravě měrného signálu přicházejícího od vstupní snímací kladky 2. ·

Fuzzyfikace:

Každý měrný signál má v počítači nejméně jednu funkci, zobrazenou jako matice. Převod X této funkce má číselnou hodnotu odpovídá jící vstupujícímu měrnému signálu. Převod Y odpovídá pravdivostnímu obsahu a může mít libovolnou hodnotu mezi 0 a 1. Změna funkce zachovává expertní znalosti a odpovídá vyhodnocení pro ovlivňovaci veličiny.

Inference:

Následující inference spojuje na základě empirických technologických znalosti směr vlivu a sílu okamžitého stavu na diagramu. Ten může vypadat například následovně:

Pravidlo 1 Průběh teploty v mechanické části

JESTLIŽE prostoj = krátký A teplota = normální

POTOM korekční hodnota = mírné pozitivní

Pravidlo 2 Stlačení závislé na materiálu

JESTLIŽE prostoj = krátký A materiálová konstanta = bavlna POTOM korekční hodnota = středné pozitivní

Pravidlo 3 Nabývání bavlny

JESTLIŽE doba stáni konve ~ dlouhá A vlhkost vlhký

A materiál = bavlna

POTOM korekční hodnota = středné negativní

Pravidlo 4 Závislost na rychlosti

JESTLIŽE podávání = pomalé

POTOM korekční hodnota - výrazné kladná

Pokud se vychází z těchto fuzzy-pravidel, může pravdivostní obsah těchto pravidel například v následujícím praktickém příkladu dopadnout následovně:

Pravidlo 1

Doba zastaveni 10 minut - pravdivostní stupeň 0,5 teplota 25^0 - pravdivostní stupeň 0,9 pravdivostní stupeň pravidla:

0,5

Pravidlo 2: Doba zastavení podíl bavlny minut 80%

- pravdivostní stupeň 0,5

- pravdivostní stupeň 0,8 pravdivostní stupeň pravidla:

0,8

Pravidlo 3:

Doba stání konve vlhkost podíl bavlny

1,5 hodiny 80%

80%

- pravdivostní stupeň

0,24

0,5

0,8 pravdivostní stupeň pravidla: 0,24

Pravidlo 4:

Okamžité podávání 100 m/min - pravdivostní stupeň 0,67 pravdivostní stupeň pravidla. 0,67

Defuzzyfikace:

Zpětný překlad v inferenci zjištěných výpovědí, které představují určitou hodnotu signálu, je mírou korekční hodnoty oproti vstupnímu změřenému signálu. Z příkladu je zřejmé, že okamžitá korekční hodnota je +1,3 procenta, jak je také patrno z obr. 4

Třetím vedením 21 přiváděný signál o rychlosti vedení pramene 1 vláken se zpracuje s faktory F1 až F5 podle fuzzylogiky ve fuzzy regulační jednotce 19.. Fuzzy regulační jednotka 19; dodává k tomu korekční hodnotu 25 pro snímací kladky do násobičky 15 pro opravu změřených signálů obsahujích chyby. Na’ výstupu násobičky 15 vystupuje opravený změřený signál. Přitom je k dispozici jako vstupní veličina pro následující konvenční ovládání měrný signál, který přichází ve správný čas a v závislosti na ovlivňovacích faktorech F1 až F5 třetím vedením 21. Tento měrný signál se přiv.ádí do paměti 13 fronty a ve známém stupni 12 pro dosažení požadovaných hodnot se se zpožděním dále zpracovává. Tento stupeň 12 pro dosažení požadovaných hodnot dostává z řídicího tachometru 6 hlavního motoru 5 signál o aktuální rychlosti dopravy pramene l vláken. 10

Další průběh souvisí s analýzou výstupního signálu při korekci průtahu. Jestliže je výstupní signál, který je tvořen výstupní snímací kladkou 4. a který je přiveden druhým vedením na fuzzy-regulační jednotku 19, je chyba stále ještě přítomna, i když ve změněné formě, takže podle polohy a tvaru změny může fuzzy-regulační jednotka 19 změnit korekční hodnotu pro bod 23 nasazeni regulace (první zařazená a první vybrané délka, FIFO délka) a/nebo regulační zesílení 24.· Zjištěná korekční hodnota pro bod 23 nasazení regulace se přivádí přímo do paměti 13 fronty a způsobuje zde opravou FIFO délky změnu bodu 23 nasazeni regulace. Výstupní signál z paměti 13 fronty se vede přes stupeň 12 pro dosažení požadovaných hodnot do násobičky 11. Pro případ, že by bylo nutno změnit také zesílení regulace, vysílá fuzzy regulační jednotk 19 korekční hodnotu pro regulační zesílení na druhém vstupu násobičky 11. Výstup násobičky 11 vysílá opravené zesílení regulace na řídicí jednotku 10. Řídicí jednotka 10 působí na regulační motor 7 s tachometrem 8 pro zjišťování skutečných hodnot, takže ve spojeni s planetovým pohonným soukolím je možno měnit podle potřeby průtah pramene 1 vláken.

Pro zjišťováni FIFO délky a zesíleni regulace může být na FIFO vstup přiveden umělý signálový skok se známou velikosti a délkou. Následující odezva z měřeného signálu potom může být opět zpracována. Tento postup má smysl jen při opouštění stroje, protože se přitom produkuje omezená délka nepoužitelného materiálu.

Obr. 3 zobrazuje, že fuzzy regulační jednotka 19 je z hlediska technického vybavení sestavena z konstrukčních jednotek tvořených řídicím procesorem s fuzzy-logikou, místní programovou,paměti, pamětí s bází znalostí a bateriovými hodinami. Fuzzy regulační jednotka 19 je spřažena s počítačem pro regulaci průtažného ústrojí pomocí procesoru pro zpracování signálů pro regulaci přes duální port-RAM. Veličiny óv11 livňujíci průběh průtažného procesu, kterými jsou teplota, vlhkost vzduchu a doba zastavení stroje jsou přiváděny přes analogově číslicový převodník na fuzzy regulační jednotku 19. Další veličiny, které mají vliv na protahování a kterými jsou jednak doba stání naplněné předlohové konve a jednak vlastnosti materiálu pramene i vláken, jsou předávány sériovým kanálem RX od centrály stroje a řídicí procesor a fuzzy-logiku. Snímací kladka je spřažena s tachometrem, který mění podávači rychlosti na signál, který se potom předává na počítač stroje a na fuzzy regulační jednotku 19. Přes analogově číslicový měnič jsou snímané měřicí signály ze vstupní snímací kladky 2 a z výstupní snímací kladky 4 přiváděny k počítači stroje a současně přes duální port-RAM na fuzzy regulační jednotku 19. Ve fuzzy regulační jednotce 19 zjištěné korekční hodnoty pro měřicí signály, pro okamžik nasazení regulace a zesílení se předávají přes duální port-RAM na procesor pro zpracování signálu pro regulaci a tím se regulační motor řídi regulovanými signály.

Ve fuzzy regulační jednotce 19 zjištěné korekční hodnoty se současně sériovým kanálem TX řídicího procesoru přivádějí na centrálu průtažného stroje.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

Způsob regulace průtažného ústrojí, při kterém se pramene vláken na vstupu zpracovávají se v regulačí se t í m , že měrné které se získávají v měrs ovlivňujícími faktory, fuzzy-regulační jednotce, zjišťují měrné signály o tloušťce a na výstupu průtažného ústrojí a ním systému, vyznačujíc signály o tloušťce pramene vláken, něm členu, se přijímají společně které měrné signály ovlivňují, ve podle fuzzy-regulačních pravidel se přiřazuji bázi znalostí a vyhodnocují se, takže vytvořená hodnota je opravnou hodnotou pro měrný signál a měrný signál se ještě na výstupu měrného členu a před dalším zpracováním v regulačním systému přímo koriguje.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím , že teplota snímací kladky je ovlivňujícím faktorem, který se zachycuje ve formě signálu.
3·. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlhkost vzduchu v okolí pramene vláken je ovlivňujícím faktorem, který se zachycuje ve formě signálu.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t i m , že doba zastavení pramene vláken mezi snímacími kladkami je ovlivňujícím faktorem, který se zachycuje ve formě signálu.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tim, že doba stání předlohové konve naplněné pramenem vláken je ovlivňujícím faktorem, který se zachycuje ve formě signálu.
6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiálové vlastnosti pramene vláken jsou ovlivňujícím faktorem, který se zachycuje ve formě signálu.
7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rychlost podávání v průtažném ústrojí je ovlivňujícím faktorem, který se zachycuje ve formě signálu.
8. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 7, vy* značující se tím, že fuzzy regulační jednotka zpracovává podle fuzzy logiky zachycené měrné signály o tloušťce pramene vláken společně s nejméně jedním z ovliv. ňujících faktorů vybraným ze skupiny faktorů zahrnujících teplotu snímací kladky, vlhkost vzduchu v okolí pramene vlá» ken, dobu zastavení pohybu pramene vláken mezi oběma snímacími kladkami, dobu stáni předlohové konce, naplněné pramenem vláken, materiálové vlastnosti pramene vláken a podávači rychlost průtažného ústrojí.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že ve fuzzy regulační jednotce pracuje paměť jako paměť znalosti podle fuzzy logiky, přičemž pro zjišťování teplotní charakteristiky mechaniky měřicích členů se podle fuz. zy- pravidel zpracovávají ovlivňovaci hodnoty doby zastavení stroje a teploty, pro zjišťováni stlačování pramene vláken, « závislého na materiálu pramene, se zpracovávají podle fuzzy-logiky ovlivňující veličiny doby zastaveni stroje a materiálové konstanty pramene vláken, pro zjišťování nabývání materiálu pramene vláken se podle fuzzy-logiky zpracovávají alespoň doba stáni naplněné předlohové konve a vlhkost okolního vzduchu a pro zjišťování korekční hodnoty pro rychlost vedení pramene vláken se podle fuzzy-pravidel zpracovávají ovlivňovaci veličiny okamžité rychlosti podávání pramene vláken, přičemž inferenční stupně z těchto čtyř pravidel _:p.ro korekční hodnoty se zjišťuji pro měrný signál.
10. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 7 , vyznačující se tím, že měrný signál z měrného členu se sloučí s korekční hodnotou z fuzzy regulační jednotky do digitální multiplikace bezprostředně před vstupem do paměti fronty.
11. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tim , že při řízeni průtahu prostřednictvím měřicího členu na výstupu průtažného ústrojí se zachycuje odezvový signál z regulační manipulace v průtahu a přivádí se fuzzy regulační jednotce pro analýzu signálu, přičemž změny polohy a tvaru odezvového signálu mají za následek, korekturu bodu nasazeni regulace a zesílení regulace.
12. Zařízení k prováděni způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že regulace je spojena s fuzzy regulační jednotkou (19).
13. Zařízení podle nároku 12,vyznačující se tím, že fuzzy regulační jednotka (19) je opatřena pamětí se znalostní bázi.