一種基于fft控制算法的紗線張力控制方法和控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紡織機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種基于FFT控制算法的紗線張力控制方法和控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]紗線張力控制是紡織行業(yè)中一個(gè)評(píng)定紗線制造設(shè)備紗線質(zhì)量好壞的重要參數(shù)之一。在紗線卷繞過(guò)程中，張力的大小和穩(wěn)定程度對(duì)于紗線的質(zhì)量、成型、后續(xù)的加工(比如染色等)有很大的影響。在卷繞過(guò)程中對(duì)于適應(yīng)不同張力要求的紗線有著不同的張力大小控制要求。在傳統(tǒng)的控制方法中一般所采用的是PID控制。該控制方法在固定系統(tǒng)有顯著的效果，但對(duì)于時(shí)變、非線性系統(tǒng)效果不是很顯著。
[0003]因此在此背景下提出了一種FFT控制方法。該控制方法是對(duì)張力控制的一種輔助算法，是對(duì)張力信號(hào)進(jìn)行在線整定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在改善紗線制造和整理設(shè)備紗線張力控制系統(tǒng)軟件控制的效果，增強(qiáng)軟件控制的穩(wěn)定性和對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)性，提供一種基于FFT控制算法的紗線張力控制方法和控制系統(tǒng)。
[0005]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種基于FFT控制算法的紗線張力控制方法，采用一個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)作為送紗電機(jī)控制紗路上的主動(dòng)送紗，采用一個(gè)不可控步進(jìn)電機(jī)作為卷繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)紗線卷繞，通過(guò)調(diào)節(jié)送紗電機(jī)相對(duì)于卷繞電機(jī)的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制紗線的張力，使用張力傳感器感應(yīng)紗線張力，其特征是，采集的傳感器反饋信號(hào)點(diǎn)數(shù)設(shè)定為M點(diǎn)，傳感器反饋信號(hào)中包含直流信號(hào)和交流信號(hào)，直流信號(hào)表示目標(biāo)張力值的大小，交流信號(hào)表示卷繞紗線時(shí)橫動(dòng)導(dǎo)紗的頻率，通過(guò)FFT算法分析提取出傳感器反饋信號(hào)中的直流信號(hào)和交流信號(hào)，根據(jù)直流信號(hào)和交流信號(hào)控制送紗電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，直流信號(hào)大于目標(biāo)張力值表示張力過(guò)大，送紗電機(jī)應(yīng)加速，反之表示張力過(guò)小，送紗電機(jī)應(yīng)減速；交流信號(hào)的位置值越大，表示電機(jī)處在加速狀態(tài)，反之處在減速狀態(tài)；其分析控制過(guò)程包括以下步驟:
步驟1:設(shè)定目標(biāo)張力值為Targetvalue ；
步驟2:存儲(chǔ)采集A/D信號(hào)值為ADvalue ；
步驟3:采樣點(diǎn)數(shù)N = N +1 ;
步驟4:判斷N是否大于設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)M,如果小于，返回步驟2 ;否則繼續(xù)步驟5 ;
步驟5:進(jìn)行信號(hào)FFT分析，得到直流信號(hào)存儲(chǔ)為DCvalue，交流信號(hào)存儲(chǔ)為ACvalue，交流信號(hào)最大值存儲(chǔ)為ACvalueMAX，同時(shí)存儲(chǔ)該值的位置信息PlaCe_ACValueMAX ；
步驟 6:存儲(chǔ)位置差值:D_Place=Place_ACvalueMAX - LastPlace_ACvalueMAX ；
步驟7:存儲(chǔ)上一次最大交流信號(hào)值的位置信息，LastPlace_ACvalueMAX = Place_ACvalueMAX ；
步驟8:判斷D-Place的值，如果等于0，轉(zhuǎn)到步驟9，如果大于0，轉(zhuǎn)到步驟10，如果小于O，轉(zhuǎn)到步驟11 ；
步驟9:計(jì)算直流誤差信號(hào):Error=Dcvalue - Targetvalue，存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA =DA + Error * L ；
步驟10:存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA += ACvalueMAX * k ；
步驟11:存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA -= ACvalueMAX * k ；
上述步驟中的L、K為小于I并且大于O的數(shù)值。
[0006]一種基于FFT控制算法的紗線張力控制系統(tǒng)，其特征是，所述的紗線張力控制系統(tǒng)包括紗線張力傳感器、作為送紗電機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)、人機(jī)操作界面、MCU控制器單元、AD信號(hào)處理電路、DA信號(hào)處理電路、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路；每個(gè)MCU控制器單元都通過(guò)通信顯示與參數(shù)設(shè)定模塊連接一個(gè)TFT液晶屏，多個(gè)MCU控制器單元各自通過(guò)CAN通信模塊與同一個(gè)人機(jī)操作界面連接；張力傳感器讀取的張力值信號(hào)經(jīng)由AD信號(hào)處理電路的縮放傳入到MCU控制單元，經(jīng)過(guò)FFT控制算法的處理后將信號(hào)通過(guò)DA信號(hào)處理電路送至無(wú)刷直流控制器，進(jìn)而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。
[0007]作為對(duì)上述控制系統(tǒng)技術(shù)方案的補(bǔ)充和完善，本發(fā)明還包括下述技術(shù)特征: 所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路為MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。
[0008]本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)的控制算法是對(duì)傳統(tǒng)PID控制算法的一個(gè)補(bǔ)償和輔助。大大提高了恒張力控制的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。
[0009]本發(fā)明可以達(dá)到的有益效果:通過(guò)使用FFT控制算法對(duì)傳統(tǒng)PID控制算法進(jìn)行補(bǔ)償和輔助，大大提高了控制上的穩(wěn)定性和對(duì)多種環(huán)境的適應(yīng)性，從而提高了恒張力控制的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程框圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0013]本發(fā)明方法采用一個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)作為送紗電機(jī)控制紗路上的主動(dòng)送紗，采用一個(gè)不可控步進(jìn)電機(jī)作為卷繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)紗線卷繞，通過(guò)調(diào)節(jié)送紗電機(jī)相對(duì)于卷繞電機(jī)的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制紗線的張力，使用張力傳感器感應(yīng)紗線張力，采集的傳感器反饋信號(hào)點(diǎn)數(shù)設(shè)定為M點(diǎn)，傳感器反饋信號(hào)中包含直流信號(hào)和交流信號(hào)，直流信號(hào)表示目標(biāo)張力值的大小，交流信號(hào)表示卷繞紗線時(shí)橫動(dòng)導(dǎo)紗的頻率，通過(guò)FFT算法分析提取出傳感器反饋信號(hào)中的直流信號(hào)和交流信號(hào)，根據(jù)直流信號(hào)和交流信號(hào)控制送紗電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，直流信號(hào)大于目標(biāo)張力值表示張力過(guò)大，送紗電機(jī)應(yīng)加速，反之表示張力過(guò)小，送紗電機(jī)應(yīng)減速；交流信號(hào)的位置值越大，表示電機(jī)處在加速狀態(tài)，反之處在減速狀態(tài)。如圖1所示，本發(fā)明方法的分析控制過(guò)程包括以下步驟:
步驟1:設(shè)定目標(biāo)張力值為Targetvalue ；
步驟2:存儲(chǔ)采集A/D信號(hào)值為ADvalue ；
步驟3:采樣點(diǎn)數(shù)N = N +1 ; 步驟4:判斷N是否大于設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)M，如果小于，返回步驟2 ;否則繼續(xù)步驟5 ;
步驟5:進(jìn)行信號(hào)FFT分析，得到直流信號(hào)存儲(chǔ)為DCvalue，交流信號(hào)存儲(chǔ)為ACvalue，交流信號(hào)最大值存儲(chǔ)為ACvalueMAX，同時(shí)存儲(chǔ)該值的位置信息PlaCe_ACValueMAX ；
步驟 6:存儲(chǔ)位置差值:D_Place=Place_ACvalueMAX - LastPlace_ACvalueMAX ；
步驟7:存儲(chǔ)上一次最大交流信號(hào)值的位置信息，LastPlace_ACvalueMAX = Place_ACvalueMAX ；
步驟8:判斷D-Place的值，如果等于O，轉(zhuǎn)到步驟9，如果大于O，轉(zhuǎn)到步驟10，如果小于0，轉(zhuǎn)到步驟11 ；
步驟9:計(jì)算直流誤差信號(hào):Error=Dcvalue - Targetvalue，存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA =DA + Error * L ；
步驟10:存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA += ACvalueMAX * k ；
步驟11:存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA -= ACvalueMAX * k ；
上述步驟中的L、K為小于I并且大于O的數(shù)值，通過(guò)在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)確定。
[0014]如圖2所示，本發(fā)明的紗線張力控制系統(tǒng)，包括紗線張力傳感器、作為送紗電機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)、人機(jī)操作界面、MCU控制器單元、AD信號(hào)處理電路、DA信號(hào)處理電路、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路；每個(gè)MCU控制器單元都通過(guò)通信顯示與參數(shù)設(shè)定模塊連接一個(gè)TFT液晶屏，多個(gè)MCU控制器單元各自通過(guò)CAN通信模塊與同一個(gè)人機(jī)操作界面連接；張力傳感器讀取的張力值信號(hào)經(jīng)由AD信號(hào)處理電路的縮放傳入到MCU控制單元，經(jīng)過(guò)FFT控制算法的處理后將信號(hào)通過(guò)DA信號(hào)處理電路送至無(wú)刷直流控制器，進(jìn)而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路為MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FFT控制算法的紗線張力控制方法，采用一個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)作為送紗電機(jī)控制紗路上的主動(dòng)送紗，采用一個(gè)不可控步進(jìn)電機(jī)作為卷繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)紗線卷繞，通過(guò)調(diào)節(jié)送紗電機(jī)相對(duì)于卷繞電機(jī)的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制紗線的張力，使用張力傳感器感應(yīng)紗線張力，其特征在于:采集的傳感器反饋信號(hào)點(diǎn)數(shù)設(shè)定為M點(diǎn)，傳感器反饋信號(hào)中包含直流信號(hào)和交流信號(hào)，直流信號(hào)表示目標(biāo)張力值的大小，交流信號(hào)表示卷繞紗線時(shí)橫動(dòng)導(dǎo)紗的頻率，通過(guò)FFT算法分析提取出傳感器反饋信號(hào)中的直流信號(hào)和交流信號(hào)，根據(jù)直流信號(hào)和交流信號(hào)控制送紗電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，直流信號(hào)大于目標(biāo)張力值表示張力過(guò)大，送紗電機(jī)應(yīng)加速，反之表示張力過(guò)小，送紗電機(jī)應(yīng)減速；交流信號(hào)的位置值越大，表示電機(jī)處在加速狀態(tài)，反之處在減速狀態(tài)；其分析控制過(guò)程包括以下步驟: 步驟1:設(shè)定目標(biāo)張力值為Targetvalue ； 步驟2:存儲(chǔ)采集A/D信號(hào)值為ADvalue ； 步驟3:采樣點(diǎn)數(shù)N = N +1 ; 步驟4:判斷N是否大于設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)M,如果小于，返回步驟2 ;否則繼續(xù)步驟5 ; 步驟5:進(jìn)行信號(hào)FFT分析，得到直流信號(hào)存儲(chǔ)為DCvalue，交流信號(hào)存儲(chǔ)為ACvalue，交流信號(hào)最大值存儲(chǔ)為ACvalueMAX，同時(shí)存儲(chǔ)該值的位置信息PlaCe_ACValueMAX ； 步驟 6:存儲(chǔ)位置差值:D_Place=Place_ACvalueMAX - LastPlace_ACvalueMAX ； 步驟7:存儲(chǔ)上一次最大交流信號(hào)值的位置信息，LastPlace_ACvalueMAX = Place_ACvalueMAX ； 步驟8:判斷D-Place的值，如果等于O，轉(zhuǎn)到步驟9，如果大于O，轉(zhuǎn)到步驟10，如果小于0，轉(zhuǎn)到步驟11 ； 步驟9:計(jì)算直流誤差信號(hào):Error=Dcvalue - Targetvalue，存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA =DA + Error * L ； 步驟10:存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA += ACvalueMAX * k ； 步驟11:存儲(chǔ)輸出DA信號(hào)值:DA -= ACvalueMAX * k ； 上述步驟中的L、K為小于I并且大于O的數(shù)值。2.一種基于FFT控制算法的紗線張力控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的紗線張力控制系統(tǒng)包括紗線張力傳感器、作為送紗電機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)、人機(jī)操作界面、MCU控制器單元、AD信號(hào)處理電路、DA信號(hào)處理電路、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路；每個(gè)MCU控制器單元都通過(guò)通信顯示與參數(shù)設(shè)定模塊連接一個(gè)TFT液晶屏，多個(gè)MCU控制器單元各自通過(guò)CAN通信模塊與同一個(gè)人機(jī)操作界面連接；張力傳感器讀取的張力值信號(hào)經(jīng)由AD信號(hào)處理電路的縮放傳入到MCU控制單元，經(jīng)過(guò)FFT控制算法的處理后將信號(hào)通過(guò)DA信號(hào)處理電路送至無(wú)刷直流控制器，進(jìn)而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FFT控制算法的紗線張力控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路為MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FFT控制算法的紗線張力控制方法和控制系統(tǒng)，采用無(wú)刷直流電機(jī)作為送紗電機(jī)，采用不可控步進(jìn)電機(jī)作為卷繞電機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)送紗電機(jī)相對(duì)于卷繞電機(jī)的轉(zhuǎn)速差來(lái)控制紗線的張力，使用張力傳感器感應(yīng)紗線張力，張力值信號(hào)經(jīng)由AD信號(hào)處理電路的縮放傳入MCU控制單元，信號(hào)中包含表示目標(biāo)張力值大小的直流信號(hào)和表示橫動(dòng)導(dǎo)紗頻率的交流信號(hào)，MCU控制器單元通過(guò)FFT算法分析提取出直流信號(hào)和交流信號(hào)，并通過(guò)DA信號(hào)處理電路送至無(wú)刷直流控制器，進(jìn)而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)，直流信號(hào)大于目標(biāo)張力值，送紗電機(jī)加速，反之應(yīng)減速；交流信號(hào)的位置值越大，表示電機(jī)處在加速狀態(tài)，反之處在減速狀態(tài)。本發(fā)明提高了張力控制穩(wěn)定性。
【IPC分類】B65H59/36
【公開(kāi)號(hào)】CN104973455
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510390262
【發(fā)明人】曾毓, 陳文佳, 高明煜, 盛錦昌, 梁少英, 莊學(xué)波
【申請(qǐng)人】浙江康立自控科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年7月6日