專利名稱：特別是用于紡織機工作站的紗線移位驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1前序部分的特別是用于紡織機工作 站的紗線移位驅動器。
背景技術：
例如從文獻DE 198 58 548 Al公知的那樣，為了生產(chǎn)紡織紗管，一 方面使相關的紡織紗管旋轉，而另一方面使運行到紗管上的紗線沿紗管 軸線橫動。紗線的橫動例如借助于還被稱為刮擦器的指狀導紗器進行。 從而可在將被生產(chǎn)的紗管內生成特定或預定的巻繞結構，紗管的驅動器 必須與導紗器的驅動器分開。通過所需驅動器的這一解耦，可生成精密 的巻繞或分級精密的巻繞。因此，此技術措施意味著可避免在紗管上出 現(xiàn)可能在稍后的退繞期間會導致嚴重問題的巻繞模式。因此，具有所謂 交叉巻繞的這種紡織紗管不僅以比較穩(wěn)定的紗管主體而且還以良好的退 繞性能而著稱。
通過使用從文獻DE 198 58 548 Al公知的設有電磁驅動器的導紗 器，可通過紗線的比較迅速和精密的橫動而生產(chǎn)高質量的交叉巻繞紡織 紗管。從純機械的角度來看，使用指狀導紗器允許紗線位移頻率大于 30Hz。但是，在導紗器的反轉點(reversalpoint)處存在較高的加速度值， 從而由于導紗器的質量慣性而容易在該反轉點處導致過沖，必須精確致 動或控制導紗器的驅動以避免出現(xiàn)紗線移位誤差?，F(xiàn)有技術中公知的開 環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)僅能夠在較低紗線移位頻率下實現(xiàn)對導紗器的精確驅 動。因此，只能在有限程度內利用導紗器的技術可能性，這總體上影響 了相應巻繞站的巻繞速度并因此還影響了紡織機的生產(chǎn)率。
非在先出版物DE 103 54 587 Al中，描述了用于上述導紗器或刮擦 器的專用角度傳感器。該角度傳感器在其中包含模擬霍爾傳感器和磁體，
通過此角度傳感器，對導紗器的實際角位置進行檢測并將其傳送給導紗 器驅動器的開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)以便進行進一步處理，并沒有對該控制 系統(tǒng)進行更詳細地說明。盡管可用公開的角度傳感器迅速而精確地確定 導紗器的實際角位置，但還是沒有解決以前使用的開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng) 的上述問題。
鑒于上述現(xiàn)有技術，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有導紗 器的紗線移位驅動器，其允許較高的位移頻率且同時可消除紗線位移誤 差。在該過程中，應盡可能利用現(xiàn)有的技術結構或構造。

發(fā)明內容
為了實現(xiàn)此目的，提出了具有權利要求1的特征的紗線移位驅動器。 從屬權利要求2到10中列出了根據(jù)本發(fā)明的紗線移位驅動器的有利 變型。
可使用預定的巻繞結構來計算包含各個實際角位置的導紗器所必需 的位移曲線。所述導紗器必須精確地遵循此位移曲線。為此，根據(jù)本發(fā) 明提供這樣的控制器，其包括多變量控制系統(tǒng)以便利用真實控制部分的
至少一個控制變量(u)來精確控制所述導紗器的角位置(cp一actual)。輸 出級與導紗器的機電移位驅動器形成真實或實際控制部分。因此通過使 用多變量控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)在需要的紗線移位頻率下用于定位所述導紗 器的期望精確控制。
本發(fā)明的主題有利地設定為除了所述控制器的至少一個測量的輸入 變量之外，還生成至少一個非測量的輸入變量。為了為所述控制器的所 述多變量控制系統(tǒng)提供其它的輸入變量，除了所述導紗器的預定角位置 (cp—desired)之外，例如相應的力矩(M—desired)、相應的角加速度 (co_point—desired)、相應的角速度(co—desired)以及所述導紗器的驅動 器的移位所需的電流(I一desired)的多個輸入變量也被作為期望變量輸入。 因此，在所述導紗器的每個角位置(9—desired),控制器還可利用關于力 矢巨(M—desired)、角力Q速度(co_point—desired)、角速度(co—desired)禾口 所需驅動電流(I—desired)的信息。由于預先計算的位移曲線，從而所述
控制器系統(tǒng)或控制器可在較高的紗線移位速度下防止導紗器在紗管的反 轉點處過沖以及其他的移位誤差。這明顯僅適用于沒有產(chǎn)生干擾變量的 情形。
因此，除了角位置的期望變量(cp—desired)之外，無需為巻繞結構 的每條位移曲線額外提供力矩的期望值(M一desired)、角加速度的期望值 (co_point—desired)、角速度的期望值(co—desired)和移位電流的期望值 (I—desired),通過部分模型(section model)從各個角位置(cp—desired) 計算遺漏的用于理想控制部分的變量，該部分模型通過控制技術或者在 數(shù)學上模擬真實控制部分。在此情況下，角位置的期望變量(cp—desired) 一方面直接進入控制器，另一方面并行地進入理想控制部分的部分模型。 對應于相應角位置(cp—desired)的力矩(M—desired)、相應的的角加速度 (cojpoint—desired )、相應的角速度(co_desired)和必要的位移電流 (I一desired)借助于所述理想控制部分而被確定，并作為部分模型的輸出 變量進入控制器以作為所述多變量控制的其它期望變量。
所述控制器還可方便地利用可與輸入的預期值相比較的實際值，這 些實際值包含所述導紗器的實際角位置((^actual)、當前力矩(M_actual)、 當前角加速度(co_point—actual)、所述導紗器的當前角速度( —actual) 以及可用的移位電流(I—actual)。因為實際上一系列干擾變量作用在實際 控制部分上，所以所述控制系統(tǒng)還需要這些變量的實際值以能夠補償實 際值與預期值的偏差。這些實際值例如可被額外的傳感器或測量檢測器 直接檢測到，或者借助于其它在物理上可檢測的被測量變量間接地計算， 并通過反饋被傳送給控制器。當然，對由轉矩所代表的力矩以及紗線移 位驅動器內的電流(I—actual)的精確測量在技術上非常費力且昂貴。角 速度和角加速度可通過角度傳感器提供的信號導出而生成。由于所述控 制系統(tǒng)應該有利地被數(shù)字化以將這些計算轉化到微處理器內，從而數(shù)值 的導出會產(chǎn)生噪聲很多的信號。從而要能使用此信號，就不可避免地要 進行濾波。但是，這會導致大量喪失動態(tài)信息。
因此，提供改進本發(fā)明的另一措施，即，可通過狀態(tài)觀測器將真實 控制部分之后的(可與所述控制器的期望值)比較的實際值確定為所謂
的估計值(cp—top、 M一top、 co_point—top、 co—top、 I一top)，并(通過已經(jīng) 提高到的反饋)將它們傳送給控制器，所述控制器的至少一個控制變量 (u)和實際角位置(9—actual)可用作所述狀態(tài)觀測器的輸入變量。所 述狀態(tài)觀測器本身是另一非時變模型，通過該模型可重構期望的實際值。 盡管從所述狀態(tài)觀測器獲得的值被稱為"估計值"，但是它們絕不是"被估 計的值"，而是被精確確定和計算的值。換句話說，所連接的觀測器使得 內部狀態(tài)(例如所述真實控制部分內存在的狀態(tài))可被足夠精確地確定， 并被提供給所述控制器。由于此措施從而無需上述、額外的傳感器，這 是因為只有角位置的真實值(cp—actual)由已有的角度傳感器檢測。因此， 通過所使用的狀態(tài)觀測器還能克服額外測量傳感器的上述缺點。從而， 可恢復為紗線移位驅動器的現(xiàn)有技術結構或構造。
在另一優(yōu)選實施方式中，該狀態(tài)觀測器構造成Luenberger觀測器或 所謂的漸進觀測器。就Luenberger觀測器而言，例如可參考Otto F6llinger 的"Regelungstechnik"(控制技術)，Dr. Alfred H她ig Verlag Heidelberg 1990。在該書的502頁等處更詳細地解釋了如何確定觀測器參數(shù)，以及 如何利用復雜的傳遞函數(shù)為單變量系統(tǒng)或如本示例中的多變量系統(tǒng)設計 觀測器。所提出的Luenberger觀測器的優(yōu)點是可借助于該觀測器在最初 的干擾之后再次精確地重構系統(tǒng)狀態(tài)。這特別適用于時常重復的干擾， 因為觀測器能夠再次檢測新的系統(tǒng)狀態(tài)。因此，使用Luenberger觀測器 使得即時在可能存在干擾的情況下仍可精確地控制紗線移位驅動器。
方便的是，在控制器內通過分別相互獨立的加權分量為各個期望值 和真實值提供加權，從而可以以簡單的方式進一步提高控制器的控制質 量。例如可通過實驗確定各個值的相應的加權。
此外，有利的是，各個期望值和實際值不僅能夠被加權分量以線性 方式加權而且還能夠以l位勢(potential)或指數(shù)方式加權是有利的。如上 文已經(jīng)提到的，此措施還能以簡單方式進一步提高控制質量。
例如在已經(jīng)執(zhí)行加權之后，可通過所述控制器檢測各個期望/實際值 的控制差，從而所述控制器可對控制差中不等于零的至少一個控制變量 (u)進行校正。因此，可利用所提出的控制器再現(xiàn)控制算法，該控制算
法執(zhí)行用于可能的各個變量的加權內的控制變量的期望/實際值比較，并 且如果存在控制差別的話則重新確定或重新計算至少一個控制變量(U)。 在本發(fā)明的另一個可選實施方式中，使用角度傳感器來檢測所述導
紗器的實際角位置(((^actual),該角度傳感器具有模擬霍爾傳感器和磁 體尤其是永磁體，它們相互操作地連接。從DE 103 54 587 Al可了解更 多的細節(jié)和應用示例。但是，很明顯，除了該模擬霍爾傳感器之外，還 可使用光學(數(shù)字)角度傳感器來檢測所述導紗器的實際角位置 ((p一actual)。
使用控制技術或在數(shù)學上對該部分模型和/或狀態(tài)觀測器進行模擬 的計算器(微處理器或計算機)使得可經(jīng)濟而簡單地實現(xiàn)本發(fā)明。如果 使用這種計算機，則該計算機還可用于控制器。從而可進一步簡化本發(fā) 明的技術結構，并且進一步節(jié)約成本。
為了優(yōu)化被用于生產(chǎn)紗管并配備有根據(jù)本發(fā)明的紗線移位驅動器的 紡織機的效率，所有工作站都配備根據(jù)本發(fā)明的紗線移位驅動器。
本發(fā)明允許實現(xiàn)較高的紗線移位頻率而同時可避免移位誤差。盡可 能地使用了紗線移位驅動器的現(xiàn)有技術結構。
有利的是，角位置(cp一desired) —方面作為期望值直接進入所述控 制器，另一方面作為在上游連接的部分模型的輸入變量，該部分模型通 過控制技術或在數(shù)學上模擬真實控制部分。由于在上游連接的此部分模 型，所以可為所述控制器的多變量控制確定另外的期望值，例如與該角 位置對應的角速度(co一desired)、相應的力矩(M—desired)、相應的角加 速度(co_point—desired)和必要的移位電流(I一desired)。因此，只要在系 統(tǒng)內沒有出現(xiàn)干擾變量，則就可實現(xiàn)對紗線移位驅動器的精確和迅速的 控制。
不幸的是，實際上并不能完全排除干擾變量，從而有利的是，在保 持紗線移位驅動器的現(xiàn)有技術結構的同時，利用狀態(tài)觀測器由所述控制 器的控制變量(u)和實際角位置(cp—actual)生成所述導紗器的角位置 (cpjop)、所述導紗器的相應的角速度(co—top)、相應的力矩(M—top)、 相應的角加速度(co_point—top)、和移位所需的驅動器電流(I—top)作為 估計值，并且它們可被控制器用作另外的輸入變量(通過反饋)。因此， 所述控制系統(tǒng)還對可能的干擾起反應，從而補償干擾。
并非在任何情況下都要用全部五個輸入變量來進行控制。例如，根 據(jù)本發(fā)明用三個輸入變量(例如角位置、角速度和電流)進行控制是可 行的。但是，也可使用多于五個的輸入變量進行控制。輸入的輸入變量 越多，則可實現(xiàn)的控制精度就越高。但是，控制的花費隨著輸入變量數(shù) 量的增加而提高。


從下面針對本發(fā)明的實施方式的說明和附圖中將明了本發(fā)明的其它 優(yōu)點、特征和細節(jié)。在此情況下，權利要求以及說明書中提到的特征可 獨立地或任意組合地作為本發(fā)明的基礎。附圖中
圖1示出關于紗線移位驅動器的示例性控制結構的框圖。
具體實施例方式
圖1示出關于具有狀態(tài)觀測器12的紗線移位驅動器的控制結構的框
圖。在此情況下，預定角位置(cp一desired)作為期望變量2從期望值傳 感器1直接進入控制器4。此角位置(cp一desired)還用作部分模型3的輸 入變量。利用部分模型3，包含導紗器驅動器以及其它機電紗線移位驅動 器的真實控制部分10描述為理想控制部分。因此，可生成另外的期望變 量2，即導紗器的相應的力矩(M—desired)、所需的位移電流(I—desired)、 相應的角速度(oo一desired)和相應的角加速度(co_point—desired)作為控 制器4的其它輸入變量。在控制器4內，可單獨地通過分別針對每個期 望變量2的加權分量5為每個被輸入的期望變量2提供加權。
因此，控制器4還可對可能的干擾變量14作出反應，所述干擾變量 作用在真實控制部分10上，在真實控制部分10的末端出現(xiàn)的實際值也 被輸入，作為與期望值2進行比較的基礎。為此，將實際值反饋給控制 器4。但是，在本示例中，由于呈現(xiàn)的實際值僅由不成比例的花費確定， 所以期望的實際值作為估計值13被從狀態(tài)觀測器12提供給控制器4。即， 通過使用代表電壓的控制變量9 (U)和包含導紗器的實際角位置11
(cp—actual)的控制變量ll，狀態(tài)觀測器12使得可確定與需要的實際值 相比較的估計值13。這些實際值包括實際角位置11 (cp—actual)、相關聯(lián) 的力矩(M一actual)、相關聯(lián)的導紗器角速度(co一actual)、相關聯(lián)的角加 速度(o)_point_actual)和實際位移電流(I一actual)。因此，狀態(tài)觀測器 12提供角位置11 (cpjop)、相關聯(lián)的力矩(M_top)、相關聯(lián)的導紗器角 速度( —top)、相關聯(lián)的角加速度( _point—top)和位移電流(I—top) 的估計值13。通過使用狀態(tài)觀測器12，隨后無需改變紗線移位驅動器的 技術結構或構造。
如上所述，狀態(tài)觀測器12確定的估計值13作為其它變量輸入控制 器4。因此，無需通過在真實控制部分10的末端進行測量來確定多個不 同實際值。此外，由于已有的加權分量6，從而在控制器4內可對反饋的 估計變量13進行加權。由此得到的變量在計算機單元7內進行處理，并 通過期望值/實際值比較器8與也被加權的期望變量2進行比較。期望值/ 實際值的比較通常是通過計算差值進行的。如果結果不是零，則控制器 將執(zhí)行對真實控制部分10的至少一個控制變量9 (u)的校正。這意味著 導紗器再次達到其預定角位置(cp一desired)。
控制器4輸出的控制變量9 (u)被傳送給真實控制部分IO，從而改 變導紗器的角位置。導紗器的實際角位置ll (cp一actual)由未示出的角傳 感器檢測，并且是所示控制系統(tǒng)的實際控制變量11。此控制變量11是整 個控制系統(tǒng)的唯一被實際確定的實際值。
如上所述，還可想到，通過其它傳感器或測量檢測器檢測所需的實 際值并經(jīng)由反饋將它們傳送給控制器4。
標號列表
1期望值傳感器
2期望變量/值
3具有理想控制部分的部分模型 4控制器
5用于對期望值進行加權的加權分量
6用于對實際值或估計值進行加權的加權分量
7計算機單元
8期望/實際值比較
9控制變量
10真實或實際控制部分(輸出級+機電紗線移位驅動器) 11實際值/控制變量 12觀測器 13估計值 14干擾變量
權利要求
1.一種特別是用于紡織機的工作站的紗線移位驅動器，該紗線移位驅動器包括導紗器、為其提供的單個電動機驅動器、用于檢測該導紗器的實際角位置(_actual)的角度傳感器和控制器(4)，利用該控制器可預先確定所述單個電動機驅動器的輸出級的至少一個控制變量(9)(u)，以驅動所述導紗器，所述紗線移位驅動器的特征在于，所述控制器(4)包括利用至少一個控制變量(9)(u)精確控制所述導紗器的角位置(_desired)的多變量控制系統(tǒng)，并且下列多個輸入變量作為期望值(2)輸入所述控制器(4)i)所述導紗器的預定角位置(_desired)，ii)所述導紗器的相應的力矩(M_desired)，iii)所述導紗器的相應的角加速度(ω_point_desird)，iv)所述導紗器的相應的角速度(ω_desired)v)所述驅動器的移位所需的電流(I_desired)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的紗線移位驅動器(1)，其特征在于，存在 部分模型(3)，該模型模擬控制部分(10)(電流輸出級+紗線移位系統(tǒng) 的驅動器)，并且從預定的角位置(φ一desired)預先確定所述導紗器的所 述控制器(4)的多個其它輸入變量。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的紗線移位驅動器(1)，其特征在于， 在所述控制部分(10)之后存在反饋，該反饋向所述控制器(4)提供可 與所述期望值(2)比較的實際值。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的紗線移位驅動器(1)，其特 征在于，所述控制部分(10)之后的可與所述期望值(2)比較的實際值 可被狀態(tài)觀測器(12)確定為所謂的估計值(13)，且可被所述控制器(4) 利用，并且至少一個控制變量(9) (u)和實際角位置(φ—actual)用作所 述狀態(tài)觀測器(12)的輸入變量。
5. 根據(jù)權利要求4所述的紗線移位驅動器(1)，其特征在于，所述 狀態(tài)觀測器(12)生成的所述估計值(13)包括i) 所述導紗器的預定角位置"—top),ii) 所述導紗器的相應的力矩(M—top)，iii) 所述導紗器的相應的角加速度(cojpoint—top)，iv) 所述導紗器的相應的角速度(co_top)，以及v) 所述驅動器的移位所需的電流(I—top)。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的紗線移位驅動器(1)，其特征在于， 所述狀態(tài)觀測器(12)是Luenberger觀測器。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的紗線移位驅動器(1)，其特 征在于，在所述控制器(4)中，通過分別相互獨立的加權分量(5， 6) 對各個期望值和實際值進行加權。
8. 根據(jù)權利要求7所述的紗線移位驅動器(1)，其特征在于，所述 加權分量(5， 6)包括對各個期望值和實際值的線性、位勢或指數(shù)加權。
9. 根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的紗線移位驅動器(1)，其特 征在于，用于檢測所述導紗器的所述實際角位置(11) (cp—actual)的角度 傳感器具有模擬霍爾傳感器和磁體尤其是永磁體，它們相互操作地相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種特別是用于紡織機工作站的控制紗線移位的機構，該機構包括導紗器、為其提供的單個電動機驅動器、用于確定導紗器的實際角位置(11)(f_real)的角度傳感器和控制器(4)，該控制器用于預先確定所述單個電動機驅動器的輸出級的至少一個校正變量(9)(u)，以驅動紗線。用于控制紗線移位的本發(fā)明機構通過防止移位誤差而可以獲得較高的移位頻率，其中控制器(4)包括精確控制至少一個校正變量(9)(u)從而控制所述導紗器的實際角位置(11)(f_real)的多變量控制系統(tǒng)。提供了狀態(tài)監(jiān)控器(12)用于精確地確定諸如實際控制部分(10)中的內部狀態(tài)，并將它們傳送至所述控制器。
文檔編號B65H54/28GK101175685SQ200680016664
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月2日 優(yōu)先權日2005年5月14日
發(fā)明者弗朗茨-約瑟夫·弗拉姆 申請人:歐瑞康紡織有限及兩合公司