EP1883597A1 - Fadenverlegeantrieb, insbesondere für eine arbeitsstelle einer textilmaschine - Google Patents

Fadenverlegeantrieb, insbesondere für eine arbeitsstelle einer textilmaschine

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EP1883597A1
EP1883597A1 EP06761907A EP06761907A EP1883597A1 EP 1883597 A1 EP1883597 A1 EP 1883597A1 EP 06761907 A EP06761907 A EP 06761907A EP 06761907 A EP06761907 A EP 06761907A EP 1883597 A1 EP1883597 A1 EP 1883597A1
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EP
European Patent Office
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thread
drive
controller
laying
guide
Prior art date
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EP06761907A
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EP1883597B1 (de
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Franz-Josef Flamm
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Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1883597B1 publication Critical patent/EP1883597B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/28—Traversing devices; Package-shaping arrangements
    • B65H54/2827—Traversing devices with a pivotally mounted guide arm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/28—Traversing devices; Package-shaping arrangements
    • B65H54/2884—Microprocessor-controlled traversing devices in so far the control is not special to one of the traversing devices of groups B65H54/2803 - B65H54/325 or group B65H54/38
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • Thread transfer drive in particular for a workstation of a textile machine
  • the invention relates to a yarn laying drive, in particular for a workstation of a textile machine, according to the preamble of patent claim 1.
  • the non-prepublished document DE 103 54 587 A1 describes a special angle transmitter for the already described thread guide or wiper.
  • the u. a. consists of an analog Hall sensor and a magnet, the actual angular position of the thread guide is detected and passed to an unspecified control or regulation of the thread guide drive for further processing.
  • the actual angular position of the thread guide can be determined quickly and precisely by the disclosed angle encoder, this does not solve the previously mentioned problem of the previously used controllers or controls.
  • the controller comprises a multi-variable control in order to precisely regulate the angular position ( ⁇ _ist) of the yarn guide by means of the at least one manipulated variable (u) for the real controlled system.
  • ⁇ _ist angular position
  • u manipulated variable
  • the output stage and the electromechanical laying drive of the thread guide form the real or actual controlled system.
  • the object of the invention is advantageously set up for generating at least one non-measured input variable in addition to the at least one measured input variable of the controller.
  • ⁇ _soll predetermined angular position
  • M_soll the corresponding moment
  • ⁇ _rios_soll the corresponding angular acceleration
  • ⁇ _soll the corresponding angular velocity
  • I_soll necessary current
  • the controller also has information about the moment (M_soll), the angular acceleration ( ⁇ _ gleich_soll), the angular velocity ( ⁇ _soll) and the necessary drive current (I_soll) before. Due to the precalculated laying curve, the control or the controller can thus prevent an overshoot of the yarn guide at the reversal points of the coils as well as other laying errors at high yarn laying speeds. Of course, this only applies as long as no disturbances occur.
  • the setpoint values of the moment (M_soll), the angular acceleration ( ⁇ _yak_soll), the angular velocity ( ⁇ _soll) and the laying flow (I_soll) do not have to be stored in addition to the desired size of the angular position ( ⁇ _soll) for each laying curve of a winding structure, are determined via a system model, which simulates the real controlled system in terms of control engineering or mathematics, from the respective angular position ( ⁇ _soll) calculates the missing variables for the ideal controlled system.
  • the setpoint of the angular positions ( ⁇ _soll) on the one hand goes directly into the controller and on the other hand into the model of the ideal controlled system in parallel.
  • the torque (M_setpoint) corresponding to the respective angular position ( ⁇ _setpoint), the corresponding angular acceleration ( ⁇ _point_setpoint), the corresponding angular velocity ( ⁇ _setpoint) and the necessary routing current (I_setpoint) are determined on the basis of the ideal controlled system and are passed as output variables of the system model into the controller as another Setpoint variables for the multi-variable control.
  • the controller also the comparable actual values, which consist of the actual angular position ( ⁇ _ist) of the thread guide, the current moment (M_ist), the current angular acceleration ( ⁇ _yak_ist), the current angular velocity ( ⁇ _ist) of the yarn guide and the existing laying current (I_ist) , to the incoming setpoints available. Since in practice a number of disturbances on the actual controlled system act, needed the control additionally the actual values of these variables in order to be able to compensate for a deviation of the actual values from the desired values. These actual values can, for example, be detected directly by additional sensors or measuring probes or calculated indirectly from other physically detectable measured variables and forwarded to the controller by means of a feedback.
  • a further measure improving the invention provides that the comparable actual values (to the setpoint values of the controller) can be determined by a state observer according to the real controlled system as so-called estimated values ( ⁇ _dach, M_dach, ⁇ _ gleich_dach, ⁇ _dach, I_dach) and sent to the controller ( be forwarded by the already mentioned feedback), wherein the state observer at least one manipulated variable (u) of the controller and the actual angular position ( ⁇ _ist) are present as input variables.
  • the state observer itself is another time-invariant model, whereby the desired actual values can be reconstructed.
  • the values obtained by the observer of the state are called “estimated values", they are by no means “estimated values” but rather specific or calculated values.
  • the connected observer makes it possible to communicate the internal states as they exist in the real controlled system sufficient accuracy to determine and provide the controller.
  • ⁇ _act the angular position
  • the additional measuring sensors can also be prevented by the condition observer employed. This can be used on the existing technical structure or the structure of the thread-laying drive.
  • the status observer is designed as a Luenberger observer or as a so-called asymptotic observer.
  • Luenberger observer reference is made, for example, to Otto Föllinger "Control Engineering", Dr. Alfred Wilsonhig Verlag Heidelberg 1990. On pages 502 et seq.
  • the proposed Luenberger observer has the advantage that with its help the system state can be reconstructed exactly after an initial disturbance, in particular for disturbances which repeat themselves from time to time Since the observer is able to recapture the new system state, the use of the Luenberger observer makes it possible to precisely control the thread transfer drive, even in the event of disruptions.
  • a weighting of the individual desired and actual values by weighting blocks is provided separately in each case in the controller, whereby the control quality of the controller can be further improved in a simple manner.
  • the respective weighting of the individual values can be determined experimentally, for example.
  • the individual nominal and actual values can be weighted not only linearly but also potentially or exponentially by the weighting modules.
  • the control quality can be further increased in a simple manner by this measure.
  • control differences of the individual setpoint / actual values can be detected by the controller, for example, after a weighting has been carried out, and the controller can carry out a correction of at least one manipulated variable (u) for a control difference not equal to zero.
  • the controller can carry out a correction of at least one manipulated variable (u) for a control difference not equal to zero.
  • an angle sensor for detecting the actual angular position ( ⁇ _ist) of the thread guide which has an analog Hall sensor and a magnet, in particular a permanent magnet, which are in operative connection with each other. Further details and application examples can be found in DE 103 54 587 A1. Of course, however, an optical (digital) angle sensor for detecting the actual angular position ( ⁇ _ist) of the thread guide can also be used instead of the analogue Hall sensor.
  • a computer which simulates at least the system model and / or the state observer control technology or mathematically, makes it possible to implement the present invention inexpensively and easily. If such a computer is used, it can also be used for the controller. This allows the simplify technical design of the invention further, and save additional costs.
  • the invention enables high thread laying frequencies while avoiding installation errors.
  • the existing technical structures of the thread-laying drive are utilized.
  • the angular position ( ⁇ _soll) is advantageous as a setpoint on the one hand directly into the controller and on the other hand as an input to an upstream system model, which simulates the real control system control technology or mathematically.
  • this upstream system model further setpoint values, such as the angular velocity ( ⁇ _soll) corresponding to the angular position, the corresponding moment (M_soll), the corresponding angular acceleration ( ⁇ _ gleich_soll) and the necessary laying current (I_soll) are determined for a multi-variable control of the controller.
  • the angular position ( ⁇ _dach) can be determined from the manipulated variable (u) of the controller and the actual angular position ( ⁇ _ist) of the thread guide via a state observer.
  • the thread guide, the corresponding angular velocity ( ⁇ _dach) of the thread guide, the corresponding moment (M_dach), the corresponding angular acceleration ( ⁇ _yak_dach) and the current required for laying power (I_dach) of the drive are generated as estimated values and the controller as further input variables (by a feedback) available stand. In this way, the regulation also reacts to any disturbances that are thus compensated.
  • Figure 1 is a block diagram of the exemplary control structure of the thread laying drive.
  • FIG. 1 shows a block diagram for the control structure of the thread laying drive with a status observer 12.
  • the predetermined angular position ( ⁇ _soll) as setpoint value 2 directly enters the controller 4.
  • this angular position ( ⁇ _soll) as Input variable used for the system model 3.
  • the real controlled system 10 which consists of the final stage of the yarn guide drive and the further electromechanical yarn laying drive, shown as an ideal controlled system.
  • the additional setpoints 2 namely the corresponding moment (M_soll), the required laying current (I_soll), the corresponding angular velocity ( ⁇ _soll) and the corresponding angular acceleration ( ⁇ _ddling_soll) of the yarn guide, can be generated as additional input variables for the controller 4.
  • a weighting of the incoming nominal quantities 2 can be provided separately for each nominal variable 2 individually by weighting modules 5.
  • the controller 4 can also respond to possible disturbance variables 14 which act on the real controlled system 10, actual values which are present at the end of the real controlled system 10 are also used as the basis for a comparison with the desired values 2.
  • the actual values are fed back to the controller 4.
  • the desired actual values are supplied as estimated values 13 from a state observer 12 to the controller 4, since the existing actual values can only be determined with a disproportionate effort.
  • the state observer 12 makes it possible to determine the comparable estimated values 13 to the required actual values on the basis of the manipulated variable 9 (u), which represents a voltage, and the controlled variable 11, which consists of the actual angular position 11 ( ⁇ _ist) of the thread guide.
  • control variables 9 (u) output by the controller 4 are forwarded to the real controlled system 10, whereby the angular position of the yarn guide is changed.
  • the actual angular position 11 ( ⁇ _ist) of the yarn guide is detected by an angle sensor or sensor, not shown, and represents the actual controlled variable 11 of the illustrated control system. This controlled variable 11 is the only, actually determined actual value of the entire control system.
  • Setpoint generator Setpoint values / values Line model with ideal controlled system Controller Weighting blocks for weighting the setpoint Weighting blocks for weighting the actual or estimated values Calculator Setpoint / Actual comparison Actuating variable Real or actual controlled system (output stage + electromechanical filament drive) Actual value / controlled variable Observer Estimated value Disturbance variable

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Spinning Or Twisting Of Yarns (AREA)
  • Winding Filamentary Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fadenverlegeantrieb, insbesondere für eine Arbeitsstelle einer Textilmaschine, mit einem Fadenführer und einem dafür vorgesehenen elektromotorischen Einzelantrieb sowie einem Winkelgeber zur Erfassung der tatsächlichen Winkelposition (11) (f_ist) des Fadenführers und einem Regler (4), durch den zumindest eine Stellgröße (9) (u) für eine Endstufe des elektromotorischen Einzelantriebes vorgebbar ist, um den Fadenführer anzutreiben. Der Fadenverlegeantrieb ermöglicht hohe Verlegefrequenzen bei Vermeidung von Verlegefehlern, wobei der Regler (4) eine Mehrgrößenregelung umfasst, um die zumindest eine Stellgröße (9) (u) und somit die tatsächliche Winkelposition (11) (f_ist) des Fadenführers präzise zu regeln. Es wird ein Zustandsbeobachter (12) eingesetzt, um die inneren Zustände, wie sie in der realen Regelstrecke (10) vorliegen, mit genügender Genauigkeit zu bestimmen und dem Regler (4) zur Verfügung zu stellen.

Description

Beschreibung:
Fadenverlegeantrieb, insbesondere für eine Arbeitsstelle einer Textilmaschine
Die Erfindung betrifft einen Fadenverlegeantrieb, insbesondere für eine Arbeitsstelle einer Textilmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Um eine Textilspule herzustellen, ist es zum Beispiel aus der Druckschrift DE 198 58 548 Al bekannt, einerseits die betreffende Textilspule in Rotation zu versetzen und andererseits den auf die Spule auflaufenden Faden längs der Spulenachse zu traversieren. Das Traversieren des Fadens geschieht beispielsweise mit Hilfe eines Fingerfadenführers, welcher auch Wischer genannt wird. Damit eine spezielle oder vorgegebene Bewicklungsstruktur bei der herzustellenden Spule erzeugt werden kann, muss der Antrieb der Spule vom Antrieb des Fadenführers getrennt werden. Durch diese Entkopplung der erforderlichen Antriebe lassen sich auch Präzisions- oder Stufen-Präzisionswicklungen erzeugen. Somit wird durch diese technische Maßnahme bewirkt, dass auf der Spule Wicklungsbilder vermieden werden, die beim späteren Abspulen zu erheblichen Problemen führen können. Derartige Textilspulen mit einer so genannten Kreuzbewicklung zeichnen sich nicht nur durch einen verhältnismäßig stabilen Spulenkörper aus, sondern auch durch ein gutes Ablaufverhalten.
Durch den Einsatz eines aus der Druckschrift DE 198 58 548 Al bekannten Fadenführers, welcher mit einem elektromagnetischen Antrieb versehen ist, kann durch ein relativ schnelles und präzises Traversieren des Fadens eine qualitativ hochwertige Kreuzbewicklung einer Textilspule erstellt werden. Der Einsatz des fingerartigen Fadenführers ermöglicht - aus rein mechanischer Sicht - Fadenverlegefrequenzen von mehr als 30 Hz. Da allerdings hohe Beschleunigungswerte an den Umkehrstellen des Fadenführers wirken und durch die Massenträgheit des Fadenführers leicht ein Überschwingen an den Umkehrstellen verursacht wird, muss der Antrieb des Fadenführers exakt angesteuert bzw. geregelt werden, um Fadenverlegefehler zu vermeiden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungen und Regelungen sind nur in der Lage, einen präzisen Antrieb des Fadenführers bei niedrigeren Fadenverlegefrequenzen zu erreichen. Folglich können die technischen Möglichkeiten des Fadenführers nur bedingt ausgenutzt werden, was sich insgesamt auf die Wickelgeschwindigkeiten der entsprechenden Arbeitsstelle und somit auch auf die Produktivität der Textilmaschine auswirkt.
In der nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE 103 54 587 Al wird ein spezieller Winkelgeber für den bereits beschriebenen Fadenführer bzw. Wischer beschrieben. Durch diesen Winkelgeber, der u. a. aus einem analogen Hallsensor und einem Magneten besteht, wird die tatsächliche Winkelposition des Fadenführers erfasst und an eine nicht näher beschriebene Steuerung oder Regelung des Fadenführerantriebs zur Weiterverarbeitung geleitet. Zwar lässt sich die tatsächliche Winkelposition des Fadenführers durch den offenbarten Winkelgeber schnell und präzise bestimmen, allerdings ist damit nicht das zuvor genannte Problem der bisher verwendeten Steuerungen oder Regelungen gelöst.
Ausgehend vom zuvor erwähnten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fadenverlegeantrieb mit einem Fadenführer bereitzustellen, der hohe Verlegefrequenzen bei Vermeidung von Fadenverlegefehlern ermöglicht. Dabei soll möglichst die vorhandene technische Struktur beziehungsweise der Aufbau ausgenutzt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Fadenverlegeantrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fadenverlegeantriebs sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 aufgeführt.
Anhand der vorgegebenen Bewicklungsstruktur kann die notwendige Verlegekurve für den Fadenführer, bestehend aus den jeweiligen Winkelpositionen, berechnet werden. Dieser Verlegekurve muss der Fadenführer exakt folgen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dazu der Regler eine Mehrgrößenregelung umfasst, um mittels der zumindest einen Stellgröße (u) für die reale Regelstrecke die Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers präzise zu regeln. Die Endstufe und der elektromechanische Verlegeantrieb des Fadenführers bilden die reale oder tatsächliche Regelstrecke. Durch den Einsatz einer Mehrgrößenregelung kann somit die gewünschte, präzise Regelung zur Positionierung des Fadenführers bei den geforderten Fadenverlegefrequenzen erreicht werden.
Der Gegenstand der Erfindung ist vorteilhaft zur Generierung von mindestens einer nicht gemessenen Eingangsgröße zusätzlich zu der mindestens einen gemessenen Eingangsgröße des Reglers eingerichtet. Um weitere Eingangsgrößen für die Mehrgrößenregelung des Reglers bereitzustellen, ist es vorgesehen, dass außer der vorgegebenen Winkelposition (φ_soll) des Fadenführers auch mehrere Eingangsgrößen wie das entsprechende Moment (M_soll) , die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) , die entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) sowie der zur Verlegung notwendige Strom (I_soll) für den Antrieb des Fadenführers als Sollgrößen eingehen. So liegen dem Regler zu jeder Winkelposition (φ_soll) des Fadenführers auch Informationen zum Moment (M_soll) , zur Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) , zur Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) und dem notwendigen Antriebsstrom (I_soll) vor. Aufgrund der vorberechneten Verlegekurve kann damit die Regelung bzw. der Regler ein Überschwingen des Fadenführers an den Umkehrstellen der Spulen ebenso wie andere Verlegefehler bei hohen Fadenverlegegeschwindigkeiten verhindern. Dies gilt selbstverständlich nur, solange keine Störgrößen auftreten.
Damit nicht für jede Verlegekurve einer Bewicklungsstruktur neben der Sollgröße der Winkelposition (φ_soll) zusätzlich die Sollwerte des Momentes (M_soll), der Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) , der Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) und des Verlegstroms (I_soll) vorgehalten werden müssen, werden über ein Streckenmodell, das die reale Regelstrecke regelungstechnisch bzw. mathematisch nachbildet, aus der jeweiligen Winkelposition (φ_soll) die fehlenden Größen für die ideale Regelstrecke berechnet. Dabei geht die Sollgröße der Winkelpositionen (φ_soll) einerseits direkt in den Regler ein und andererseits parallel in das Streckenmodell der idealen Regelstrecke. Das zur jeweiligen Winkelposition (φ_soll) entsprechende Moment (M_soll) , die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) , die entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) und der notwendige Verlegestrom (I_soll) werden anhand der idealen Regelstrecke bestimmt und gehen als Ausgangsgrößen des Streckenmodells in den Regler als weitere Sollgrößen für die Mehrgrößenregelung ein.
Zweckmäßigerweise stehen dem Regler auch die vergleichbaren Istwerte, die aus der tatsächlichen Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers, dem aktuellen Moment (M_ist) , der aktuellen Winkelbeschleunigung (ω_punkt_ist ) , der aktuellen Winkelgeschwindigkeit (ω_ist) des Fadenführers sowie dem vorhandenen Verlegestrom (I_ist) bestehen, zu den eingehenden Sollwerten zur Verfügung. Da in der Praxis eine Reihe von Störgrößen auf die tatsächliche Regelstrecke wirken, benötigt die Regelung zusätzlich die Istwerte dieser Größen, um eine Abweichung der Istwerte von den Sollwerten ausgleichen zu können. Diese Istwerte können beispielsweise direkt durch zusätzliche Sensoren oder Messfühler erfasst werden oder indirekt anhand von anderen physikalisch erfassbaren Messgrößen berechnet werden und mittels einer Rückkopplung an den Regler weitergeleitet werden. Allerdings ist die exakte Messung des als Moment bezeichneten Drehmomentes sowie des Stromes im Fadenverlegeantrieb (I_ist) technisch sehr aufwendig und teuer. Auch die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung könnten durch die Ableitung des Signals, das der Winkelsensor oder - geber liefert, generiert werden. Da die Regelung vorteilhafterweise für die Umsetzung der Berechnungen in einem Mikroprozessor digitalisiert werden sollte, entsteht durch die Ableitung eines digitalen Wertes ein stark verrauschtes Signal . Damit dieses Signal nutzbar ist, wäre eine Filterung unumgänglich. Dies hätte aber einen großen Verlust an Dynamik zur Folge.
Deshalb sieht eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme vor, dass die vergleichbaren Istwerte (zu den Sollwerten des Reglers) nach der realen Regelstrecke als so genannte Schätzwerte (φ_dach, M_dach, ω_punkt_dach, ω_dach, I_dach) durch einen Zustandsbeobachter bestimmbar sind und an den Regler (durch die bereits erwähnte Rückkopplung) weitergeleitet werden, wobei dem Zustandsbeobachter wenigstens eine Stellgröße (u) des Reglers sowie die tatsächliche Winkelposition (φ_ist) als Eingangsgrößen vorliegen. Der Zustandsbeobachter selbst ist ein weiteres zeitinvariantes Modell, wodurch die gewünschten Istwerte rekonstruierbar sind. Zwar werden die vom Zustandsbeobachter erhaltenen Werte „Schätzwerte" genannt, jedoch handelt es sich hier keineswegs um „geschätzte Werte", sondern um konkret bestimmte bzw. berechnete Werte. Mit anderen Worten, der zugeschaltete Beobachter ermöglicht es, die inneren Zustände, wie sie in der realen Regelstrecke vorliegen, mit genügender Genauigkeit zu bestimmen und dem Regler zur Verfügung zu stellen. Durch diese Maßnahme kann auf die zuvor beschriebene, zusätzliche Sensorik verzichtet werden, da nur der Istwert der Winkelposition (φ_ist) mit dem bereits vorhandenen Winkelgeber erfasst werden muss. Folglich lassen sich auch die oben genannten Nachteile der zusätzlichen Messsensorik durch den eingesetzten Zustandsbeobachter verhindern. Damit kann auf die vorhandene technische Struktur beziehungsweise den Aufbau des Fadenverlegeantriebs zurückgegriffen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Zustandsbeobachter als Luenberger-Beobachter oder auch als so genannter asymptotischer Beobachter ausgestaltet. Bezüglich des Luenberger-Beobachters wird beispielsweise auf Otto Föllinger „Regelungstechnik" , Dr. Alfred Hüthig Verlag Heidelberg 1990, verwiesen. Auf den Seiten 502 ff. des Buches wird näher erläutert, wie die Beobachterparameter bestimmt werden und wie ein Beobachter mittels komplexer Übertragungsfunktionen für ein Eingrößensystem oder Mehrgrößensystem, wie im vorliegenden Fall, entworfen wird. Der vorgeschlagene Luenberger-Beobachter weist den Vorteil auf, dass mit seiner Hilfe der Systemzustand nach einer Anfangsstörung genau wieder rekonstruiert werden kann. Dieses gilt insbesondere für Störungen, die sich von Zeit zu Zeit wiederholen, da der Beobachter in der Lage ist, den neuen Systemzustand wieder zu erfassen. Folglich lässt sich durch den Einsatz des Luenberger-Beobachters der Fadenverlegeantrieb auch bei möglichen Störungen präzise regeln.
Zweckmäßigerweise ist im Regler eine Gewichtung der einzelnen Soll- und Istwerte durch Gewichtungsbausteine jeweils getrennt voneinander vorgesehen, wodurch sich die Regelungsgüte des Reglers auf einfache Art und Weise zusätzlich verbessern lässt. Die jeweilige Gewichtung der einzelnen Werte kann zum Beispiel experimentell ermittelt werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass durch die Gewichtungsbausteine die einzelnen Soll- und Istwerte nicht nur linear, sondern auch potentiell oder exponentiell gewichtet werden können. Wie bereits im Abschnitt zuvor beschrieben, kann auch durch diese Maßnahme die Regelungsgüte auf einfache Art und Weise weiter angehoben werden.
Die Regeldifferenzen der einzelnen Soll-/Istwerte können durch den Regler beispielsweise nach einer vorgenommenen Gewichtung erfassbar sein und der Regler bei einer Regeldifferenz ungleich Null eine Korrektur wenigstens einer Stellgröße (u) vornehmen. Somit ist es möglich, durch den vorgeschlagenen Regler einen Regelalgorithmus abzubilden, der einen Soll/Ist-Vergleich der verwendeten Regelgrößen bei einer eventuellen Gewichtung der einzelnen Größen vornimmt und wenigstens eine Stellgröße (u) neu bestimmt bzw. berechnet, sofern eine Regeldifferenz vorliegt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung kommt ein Winkelgeber zur Erfassung der tatsächlichen Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers zum Einsatz, der einen analogen Hallsensor und einen Magneten, insbesondere einen Permanentmagneten aufweist, die miteinander in Wirkverbindung stehen. Nähere Angaben und Anwendungsbeispiele sind der DE 103 54 587 Al zu entnehmen. Selbstverständlich kann aber auch anstelle des analogen Hallsensors ein optischer (digitaler) Winkelsensor zur Erfassung der tatsächlichen Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers Verwendung finden.
Ein Rechner (Mikroprozessor oder Computer) , der zumindest das Streckenmodell und / oder den Zustandsbeobachter regelungstechnisch bzw. mathematisch nachbildet, erlaubt es, die vorliegende Erfindung kostengünstig und einfach zu realisieren. Sofern ein solcher Rechner zum Einsatz kommt, kann dieser auch für den Regler verwendet werden. Hierdurch lässt sich der technische Aufbau der Erfindung weiter vereinfachen, sowie zusätzliche Kosten einsparen.
Um die Leistungsfähigkeit einer Textilmaschine, die der Erstellung von Spulen dient und die mit dem erfindungsgemäßen Fadenverlegeantrieb ausgestattet ist, zu optimieren, sind alle vorhandenen Arbeitstellen mit dem erfindungsgemäßen Fadenverlegeantrieb ausgerüstet.
Die Erfindung ermöglicht hohe Fadenverlegefrequenzen bei Vermeidung von Verlegefehlern. Vorzugsweise werden möglichst die vorhandenen technischen Strukturen des Fadenverlegeantriebs ausgenutzt .
Die Winkelposition (φ_soll) geht vorteilhaft als ein Sollwert einerseits direkt in den Regler und andererseits als Eingangsgröße für ein vorgeschaltetes Streckenmodell ein, welches die reale Regelstrecke regelungstechnisch oder mathematisch nachbildet. Durch dieses vorgeschaltete Streckenmodell werden weitere Sollwerte, wie beispielsweise die der Winkelposition entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) , das entsprechende Moment (M_soll) , die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) und der notwendige Verlegestrom (I_soll) für eine Mehrgrößenregelung des Reglers bestimmt. Somit wird eine präzise und schnelle Regelung des Fadenverlegeantriebs ermöglicht, solange keine Störgrößen in dem System auftreten.
Da in der Praxis leider Störgrößen nie ganz ausgeschlossen werden können, ist vorteilhaft unter Beibehaltung der vorhandenen technischen Strukturen des Fadenverlegeantriebs vorgesehen, dass aus der Stellgröße (u) des Reglers sowie der tatsächlichen Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers über einen Zustandsbeobachter die Winkelposition (φ_dach) des Fadenführers, die entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_dach) des Fadenführers, das entsprechende Moment (M_dach) , die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_dach) und der zur Verlegung notwendige Strom (I_dach) des Antriebs als Schätzwerte generiert werden und dem Regler als weitere Eingangsgrößen (durch eine Rückkopplung) zur Verfügung stehen. Damit reagiert die Regelung auch auf eventuelle Störungen, die somit ausgeglichen werden.
Es sind nicht in jedem Fall alle fünf Eingangsgrößen für die Regelung erforderlich. Es können beispielsweise bereits drei Eingangsgrößen für eine erfindungsgemäße Regelung sinnvoll sein, wie die Winkelposition, die Winkelgeschwindigkeit sowie der Strom. Es ist aber auch möglich, mehr als fünf Eingangsgrößen für die Regelung zu verwenden. Je mehr Eingangsgrößen eingehen, desto größer wird die erzielbare Regelgenauigkeit. Allerdings steigt der Aufwand für die Regelung mit zunehmender Anzahl der Eingangsgrößen .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung zu einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigt:
Figur 1 ein Blockschaltbild zum beispielhaften Regelungsaufbau des Fadenverlegeantriebs.
In Figur 1 ist ein Blockschaltbild zum Regelungsaufbau des Fadenverlegeantriebs mit einem Zustandsbeobachter 12 dargestellt. Dabei geht vom Sollwertgeber 1 die vorgegebene Winkelposition (φ_soll) als Sollgröße 2 direkt in den Regler 4 ein. Ebenfalls wird diese Winkelposition (φ_soll) als Eingangsgröße für das Streckenmodell 3 verwendet. Durch das Streckenmodell 3 wird die reale Regelstrecke 10, die aus der Endstufe des Fadenführerantriebs und des weiteren elektromechanischen Fadenverlegeantriebs besteht, als ideale Regelstrecke abgebildet. Somit lassen sich die weiteren Sollgrößen 2, nämlich das entsprechende Moment (M_soll) , der erforderliche Verlegestrom (I_soll), die entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) und die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) des Fadenführers, als zusätzliche Eingangsgrößen für den Regler 4 generieren. Im Regler 4 kann eine Gewichtung der eingehenden Sollgrößen 2 separat für jede Sollgröße 2 einzeln durch Gewichtungsbausteine 5 vorgesehen sein.
Damit der Regler 4 auch auf eventuelle Störgrößen 14, die auf die reale Regelstrecke 10 einwirken, reagieren kann, gehen auch Istwerte, die am Ende der realen Regelstrecke 10 vorliegen, als Basis zu einem Vergleich mit den Sollwerten 2 ein. Dazu werden die Istwerte an den Regler 4 rückgekoppelt. Im vorliegenden Fall werden jedoch die gewünschten Istwerte als Schätzwerte 13 aus einem Zustandsbeobachter 12 an den Regler 4 geliefert, da die vorhandenen Istwerte nur mit einem unverhältnismäßigen Aufwand ermittelt werden können. Der Zustandsbeobachter 12 ermöglicht nämlich, anhand der Stellgröße 9 (u) , die eine Spannung repräsentiert, und der Regelgröße 11, die aus der tatsächlichen Winkelposition 11 (φ_ist) des Fadenführers besteht, die vergleichbaren Schätzwerte 13 zu den erforderlichen Istwerten zu bestimmen. Diese Istwerte bestehen aus der tatsächlichen Winkelposition 11 (φ_ist) , dem zugehörigen Moment (M_ist) , der zugehörigen Winkelgeschwindigkeit (ω_ist) des Fadenführers, der zugehörigen Winkelbeschleunigung (ω_punkt_ist) sowie dem aktuellen Verlegestrom (I_ist) . Entsprechend liefert der Zustandsbeobachter 12 die Schätzwerte 13 der Winkelposition 11 (φ_dach) , dem zugehörigen Moment (M_dach) , der zugehörigen Winkelgeschwindigkeit (ω_dach) des Fadenführers, der zugehörigen Winkelbeschleunigung (ω_punkt_dach) sowie des Verlegestroms (I_dach) . Durch den Einsatz des Zustandsbeobachters 12 braucht folglich nicht die technische Struktur bzw. der Aufbau des Fadenverlegeantriebs geändert zu werden.
Die vom Zustandsbeobachter 12 ermittelten Schätzwerte 13 gehen, wie bereits erwähnt, als weitere Größen in den Regler 4 ein. Damit kann auf eine Ermittlung einer Mehrzahl verschiedener tatsächlicher Istwerte durch Messung am Ende der realen Regelstrecke 10 verzichtet werden. Des Weiteren kann auch eine Gewichtung der rückgekoppelten Schätzgrößen 13 im Regler 4 durch vorhandene Gewichtungsbausteine 6 stattfinden. Die daraus resultierenden Größen werden in Rechenwerken 7 verarbeitet und mit den ebenfalls gewichteten Sollgrößen 2 durch einen Soll/Ist- Vergleich 8 verglichen. Der Vergleich der Soll/Istwerte findet in der Regel durch Differenzbildungen statt. Sollte dieses Ergebnis von Null abweichen, wird der Regler eine Korrektur wenigstens einer Stellgröße 9 (u) für die reale Regelstrecke 10 vornehmen. Hierdurch wird bewirkt, dass der Fadenführer wieder seine vorgegebene Winkelposition (φ_soll) erreicht.
Die vom Regler 4 ausgegebenen Stellgrößen 9 (u) werden an die reale Regelstrecke 10 weitergeleitet, wodurch die Winkelposition des Fadenführers verändert wird. Die tatsächliche Winkelposition 11 (φ_ist) des Fadenführers wird durch einen nicht gezeigten Winkelgeber oder -sensor erfasst und stellt die eigentliche Regelgröße 11 des abgebildeten Regelungssystems dar. Diese Regelgröße 11 ist der einzige, tatsächlich ermittelte Istwert des gesamten Regelungssystems.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist es auch denkbar, die erforderlichen Istwerte durch zusätzliche Sensoren oder Messgeber zu erfassen und über eine Rückkopplung an den Regler 4 weiterzugeben. Bezugszeichenliste
Sollwertgeber Sollgrößen /-werte Streckenmodell mit idealer Regelstrecke Regler Gewichtungsbausteine zur Gewichtung der Sollwerte Gewichtungsbausteine zur Gewichtung der Ist- bzw. Schätzwerte Rechenwerk Soll/Ist-Vergleich Stellgröße reale oder tatsächliche Regelstrecke (Endstufe + elektromechanischer Fadenverlegeantrieb) Istwert / Regelgröße Beobachter Schätzwert Störgröße

Claims

Patentansprüche :
1. Fadenverlegeantrieb, insbesondere für eine Arbeitsstelle einer Textilmaschine, mit einem Fadenführer und einem dafür vorgesehenen elektromotorischen Einzelantrieb sowie einem Winkelgeber zur Erfassung der tatsächlichen Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers und einem Regler (4), durch den zumindest eine Stellgröße (9) (u) für eine Endstufe des elektromotorischen Einzelantriebes vorgebbar ist, um den Fadenführer anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (4) eine Mehrgrößenregelung umfasst, um mittels zumindest einer Stellgröße (9) (u) die tatsächliche Winkelposition (φ_ist) des Fadenführers präzise zu regeln und dass in den Regler (4) mehrere der folgenden Eingangsgrößen i) die vorgegebene Winkelposition (φ_soll) des Fadenführers, ii) das entsprechende Moment (M_soll) des Fadenführers, iii) die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_soll) des Fadenführers, iv) die entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_soll) des Fadenführers, und v) der zur Verlegung notwendige Strom (I_soll) des Antriebs als Sollwerte (2) eingehen.
2. Fadenverlegeantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckenmodell (3) vorhanden ist, welches die Regelstrecke (10) (Stromendstufe + Antrieb des Fadenverlegesystems) nachbildet und aus der vorgegebenen Winkelposition (φ_soll) des Fadenführers mehrere der weiteren Eingangsgrößen des Reglers (4) des Fadenführers vorbestimmt.
3. Fadenverlegeantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Regelstrecke (10) eine Rückkopplung vorhanden ist, die dem Regler (4) vergleichbare Istwerte zu den Sollwerten (2) zur Verfügung stellt.
4. Fadenverlegeantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vergleichbaren Istwerte zu den Sollwerten (2) nach der Regelstrecke (10) als so genannte Schätzwerte (13) durch einen Zustandsbeobachter (12) bestimmbar sind und dem Regler (4) zur Verfügung stehen, und wenigstens eine Stellgröße (9) (u) sowie die tatsächliche Winkelposition (11) (φ_ist) als Eingangsgrößen für den Zustandsbeobachter (12) dienen.
5. Fadenverlegeantrieb (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Zustandsbeobachter (12) generierten Schätzwerte (13) i) die vorgegebene Winkelposition (φ_dach) des
Fadenführers, ii) das entsprechende Moment (M_dach) des Fadenführers, iii) die entsprechende Winkelbeschleunigung (ω_punkt_dach) des Fadenführers, iv) die entsprechende Winkelgeschwindigkeit (ω_dach) des
Fadenführers, und v) den zur Verlegung notwendigen Strom (I dach) des Antriebs umfassen.
6. Fadenverlegeantrieb (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zustandsbeobachter (12) um einen Luenberger-Beobachter handelt.
7. Fadenverlegeantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Regler (4) eine Gewichtung der einzelnen Soll- und Istwerte durch
Gewichtungsbausteine (5, 6) jeweils getrennt voneinander vorgesehen ist.
8. Fadenverlegeantrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungsbausteine (5, 6) eine lineare, potentielle oder exponentielle Gewichtung der einzelnen Soll- und Istwerte umfassen.
9. Fadenverlegeantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelgeber zur Erfassung der tatsächlichen Winkelposition (11) (cp_ist) des Fadenführers einen analogen Hallsensor und einen Magneten, insbesondere einen Permanentmagneten aufweist, die miteinander in Wirkverbindung stehen.
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