專利名稱：卷染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法。
背景技術(shù)：
巻染機在進行巻染生產(chǎn)過程中，為了減少布料染色的色差，提高布料染色 質(zhì)量，在布料經(jīng)過染槽進行染色時，必須盡量保持布料線速度和張力的恒定。 因此，巻染機布料線速度和張力的控制尤為重要。
巻染機主體的物理模型如圖l所示。布輥A、 B分別由兩臺電動機驅(qū)動， 當巻染機正向運行時，織物從布輥A逐漸退出，巻繞至布輥B上，則布輥A 為退巻輥，布輥B為上巻輥，當織物全部繞在布輥B上后，傳動控制系統(tǒng)使 布輥A、 B反向轉(zhuǎn)動，此時A輥為上巻輥，而B輥為退巻輥，如此反復(fù)使織 物不斷通過染液達到染色的目的。在此過程中上巻輥的直徑越來越大，轉(zhuǎn)速越 來越慢，而退巻輥正好相反。由此，可以建立巻染機系統(tǒng)的動態(tài)方程
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K分別為兩臺電動機的電磁轉(zhuǎn)矩；T^分別為兩臺電動機的阻尼轉(zhuǎn)矩； 、分別為巻輥A、 B折算到電動機"上的a轉(zhuǎn)動慣量；F為張力，《為轉(zhuǎn)速 比，A、 ^分別為巻輥A、 B半徑，a、 ^分別為巻輥A、 B的角速度。由 此可見，該系統(tǒng)是一個二輸入/二輸出系統(tǒng)，且?guī)啅綍r刻在變化；此外由于織 物上浸有染液，轉(zhuǎn)動慣量不僅隨著巻徑的變化而變化，而且也難以計算；同時 線速度和張力間存在相互影響。因此系統(tǒng)是一個二輸入/二輸出、有耦合、時 變的非線性系統(tǒng)。
對于速度-張力傳動控制系統(tǒng)，為了實現(xiàn)等線速恒張力的控制目標，大都 采用PID (比例積分微分)控制方法進行控制，但是其控制效果有限。
首先，由于PID控制方法主要適用于可以建立精確數(shù)學模型的確定性系 統(tǒng)。在巻染機系統(tǒng)中，從交流電動機到上巻輥、退巻輥之間有著相對復(fù)雜的傳 動機構(gòu)，巻布速度、布厚、時刻變化的巻徑等各方面都影響著張力，難以對速 度或張力建立獨立的精確數(shù)學模型。
其次，如果在不精確的數(shù)學模型上僅單純采用PID控制器，當速度和張力的當前值與設(shè)定值相差太大時，PID控制器的積分作用會不斷累積，引起系統(tǒng) 超調(diào)或系統(tǒng)振蕩。因此也有使用積分分離PID控制算法，即當當前值與設(shè)定值相差較大時，積分環(huán)節(jié)被分離，實際上只采用PD (比例微分)控制；當當前值與設(shè)定值相差較小時，積分環(huán)節(jié)被采用，實際上完全采用PID控制。但是這 種方法對閾值(即當前值與設(shè)定值的相差值)的設(shè)定要求很高——閾值太大， 系統(tǒng)響應(yīng)太慢；閾值太小，系統(tǒng)容易出現(xiàn)超調(diào)或振蕩。最后，巻染機系統(tǒng)是一個二輸入/二輸出、有耦合、時變的非線性系統(tǒng)。特 別是速度和張力之間存在著耦合的關(guān)系，如果只對速度或張力分別獨立采用 PID或者分離積分環(huán)節(jié)的PID控制算法，那就簡單地認為速度和張力是分離獨 立的變量，忽略了兩者之間的耦合關(guān)系，難以真正有效地進行速度-張力的控 制。發(fā)明內(nèi)容針對當前巻染機布料速度-張力控制存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù) 問題是提供一種巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法，以實現(xiàn)布料在巻染 過程中等線速恒張力的控制目標，減少布料染色色差，提高染色質(zhì)量。本發(fā)明的巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法，其特征是包括模糊控制 系統(tǒng)、上巻控制對象和退巻控制對象，上巻控制對象包括由上巻變頻器和上巻 電動機組成的伺服系統(tǒng)以及安裝在上巻電動機尾軸的上巻光電編碼器，上巻光 電編碼器產(chǎn)生的高速脈沖信號送至上巻變頻器和模糊控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng) 得到上巻反饋速度，并將此上巻反饋速度與設(shè)定速度進行比較，運算得到保持 布料線速度恒定所需的頻率力，經(jīng)上巻變頻器控制上巻電動機的轉(zhuǎn)速，上巻 變頻器工作在速度模式；退巻控制對象包括由退巻變頻器和退巻電動機組成的伺服系統(tǒng)以及安裝在退巻電動機尾軸的退巻光電編碼器，退巻光電編碼器產(chǎn)生 的高速脈沖信號送至退巻變頻器和模糊控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)得到退巻反饋 速度，并將此退巻反饋速度與設(shè)定速度進行比較，運算得到保持布料線速度恒 定所需的頻率A ，同時，模糊控制系統(tǒng)將由張力檢測裝置檢測得到的布料張 力與設(shè)定張力進行比較，經(jīng)張力補償環(huán)節(jié)對比較得到的差值進行處理，得到與該差值相對應(yīng)的頻率士 A/，將此頻率土A/與頻率/g進行疊加，得到保持布 料等線速恒張力所需的頻率// ，經(jīng)退巻變頻器控制退巻電動機的轉(zhuǎn)速和力矩， 退巻變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式。由于速度對張力的作用遠大于張力對線速度的影響，因此模糊控制系統(tǒng)在 實現(xiàn)對速度和張力的協(xié)調(diào)控制過程中，確定以速度為主控制變量，以張力為次控制變量。根據(jù)速度的測定值(即反饋值)與設(shè)定值的誤差大小情況，模糊控 制系統(tǒng)實時采取不同的控制策略，其算法步驟如下(1) 采集上巻電動機和退巻電動機的速度信號，將速度檢測值與設(shè)定值 進行比較，將誤差與原先設(shè)定的閾值進行比較；(2) 若誤差大于設(shè)定的閾值，采用如下控制規(guī)則對速度的控制采用純 比例控制，以使速度盡快達到設(shè)定值；同時對張力采用帶有模糊補償(補償值 是線速度模糊集合的函數(shù))的模糊bang-bang控制方法進行控制，以削弱速度 的調(diào)節(jié)變化對張力的影響；若誤差小于設(shè)定的閾值，采用如下控制規(guī)則對速 度的控制采用模糊bang-bang控制方法，以提高系統(tǒng)的阻尼程度，使系統(tǒng)超調(diào) 量較小，同時張力采用基本的模糊控制；在整個過程中，根據(jù)誤差的動態(tài)變化，實時調(diào)整控制規(guī)則，對速度和張力 進行分段交替控制，使其依次逐漸趨向設(shè)定值。本發(fā)明的有益效果是運用雙變頻技術(shù)，方便地對巻染機巻染過程中布料 的線速度和張力進行了控制；并使用模糊控制系統(tǒng)，解決了速度和張力之間的 耦合問題，對巻染機這個二輸入/二輸出、有耦合、時變的非線性系統(tǒng)的速度-張力協(xié)調(diào)控制更為精確；減少了因速度和張力的不穩(wěn)定所帶來的染色色差，提 高了布料的染色質(zhì)量。該方法不僅適用于常溫常壓巻染機，也適用于高溫高壓 巻染機。
圖1是巻染機染色工作原理示意圖；圖2是巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法。 參照圖2，巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法，包括模糊控制系統(tǒng)、上 巻控制對象和退巻控制對象，上巻控制對象包括由上巻變頻器A和上巻電動機 A組成的伺服系統(tǒng)以及安裝在上巻電動機A尾軸的上巻光電編碼器A，上巻光 電編碼器A產(chǎn)生的高速脈沖信號送至上巻變頻器A和模糊控制系統(tǒng)，模糊控 制系統(tǒng)得到上巻反饋速度，并將此上巻反饋速度與設(shè)定速度進行比較，運算得 到保持布料線速度恒定所需的頻率力，經(jīng)上巻變頻器A控制上巻電動機A的 轉(zhuǎn)速，上巻變頻器A工作在速度模式；退巻控制對象包括由退巻變頻器B和 退巻電動機B組成的伺服系統(tǒng)以及安裝在退巻電動機B尾軸的退巻光電編碼 器B，退巻光電編碼器B產(chǎn)生的高速脈沖信號送至退巻變頻器B和模糊控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)得到退巻反饋速度，并將此退巻反饋速度與設(shè)定速度進行比 較，運算得到保持布料線速度恒定所需的頻率力，同時，模糊控制系統(tǒng)將由 張力檢測裝置檢測得到的布料張力與設(shè)定張力進行比較，經(jīng)張力補償環(huán)節(jié)對比 較得到的差值進行處理，得到與該差值相對應(yīng)的頻率士 A/ ，將此頻率土 A/與 頻率/5進行疊加，得到保持布料等線速恒張力所需的頻率/B '，經(jīng)退巻變頻 器B控制退巻電動機B的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，退巻變頻器B工作在轉(zhuǎn)矩模式。模糊控制系統(tǒng)根據(jù)速度的測定值與設(shè)定值的誤差大小情況,實時采取不同 的控制策略，其算法步驟如下(1) 采集上巻電動機和退巻電動機的速度信號，將速度檢測值與設(shè)定值 進行比較，將誤差與原先設(shè)定的閾值進行比較；(2) 若誤差大于設(shè)定的閾值，采用如下控制規(guī)則對速度的控制采用純 比例控制，以使速度盡快達到設(shè)定值；同時對張力采用帶有模糊補償(補償值 是線速度模糊集合的函數(shù))的模糊bang-bang控制方法進行控制，以削弱速度 的調(diào)節(jié)變化對張力的影響；若誤差小于設(shè)定的閾值，采用如下控制規(guī)則對速 度的控制采用模糊bang-bang控制方法，以提高系統(tǒng)的阻尼程度，使系統(tǒng)超調(diào) 量較小，同時張力采用基本的模糊控制；在整個過程中，根據(jù)誤差的動態(tài)變化，實時調(diào)整控制規(guī)則，對速度和張力 進行分段交替控制，使其依次逐漸趨向設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.卷染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于包括模糊控制系統(tǒng)、上卷控制對象和退卷控制對象，上卷控制對象包括由上卷變頻器(A)和上卷電動機(A)組成的伺服系統(tǒng)以及安裝在上卷電動機(A)尾軸的上卷光電編碼器(A)，上卷光電編碼器(A)產(chǎn)生的高速脈沖信號送至上卷變頻器(A)和模糊控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)得到上卷反饋速度，并將此上卷反饋速度與設(shè)定速度進行比較，運算得到保持布料線速度恒定所需的頻率fA，經(jīng)上卷變頻器(A)控制上卷電動機(A)的轉(zhuǎn)速，上卷變頻器(A)工作在速度模式；退卷控制對象包括由退卷變頻器(B)和退卷電動機(B)組成的伺服系統(tǒng)以及安裝在退卷電動機(B)尾軸的退卷光電編碼器(B)，退卷光電編碼器(B)產(chǎn)生的高速脈沖信號送至退卷變頻器(B)和模糊控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)得到退卷反饋速度，并將此退卷反饋速度與設(shè)定速度進行比較，運算得到保持布料線速度恒定所需的頻率fB，同時，模糊控制系統(tǒng)將由張力檢測裝置檢測得到的布料張力與設(shè)定張力進行比較，經(jīng)張力補償環(huán)節(jié)對比較得到的差值進行處理，得到與該差值相對應(yīng)的頻率±Δf，將此頻率±Δf與頻率fB進行疊加，得到保持布料等線速恒張力所需的頻率fB‘，經(jīng)退卷變頻器(B)控制退卷電動機(B)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，退卷變頻器(B)工作在轉(zhuǎn)矩模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巻染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法，其特征 在于模糊控制系統(tǒng)在實現(xiàn)對速度和張力的協(xié)調(diào)控制過程中，其算法步驟如下(1) 采集上巻電動機和退巻電動機的速度信號，將速度檢測值與設(shè)定值 進行比較，將誤差與原先設(shè)定的閾值進行比較；(2) 若誤差大于設(shè)定的閾值，采用如下控制規(guī)則對速度的控制采用純 比例控制方法，同時對張力采用帶有模糊補償?shù)哪：齜ang-bang控制；若誤差 小于設(shè)定的閾值，采用如下控制規(guī)則對速度的控制采用模糊bang-bang控制， 同時，對張力采用基本的模糊控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了卷染機布料的速度-張力協(xié)調(diào)控制方法，該方法主要利用模糊控制系統(tǒng)將來自光電編碼器的采樣速度與設(shè)定速度進行比較，同時將來自張力檢測裝置的張力檢測值與設(shè)定張力進行比較，根據(jù)誤差的動態(tài)變化，實時調(diào)整控制規(guī)則，對速度和張力進行分段交替控制，分別得到保持卷染布料等線速恒張力所需的上卷頻率f<sub>A</sub>、退卷頻率f<sub>B</sub>，經(jīng)工作在速度模式的上卷變頻器和工作在轉(zhuǎn)矩模式的退卷變頻器分別控制上卷電動機和退卷電動機。該方法解決了卷染機布料速度和張力之間的耦合問題，對卷染機這個二輸入/二輸出、有耦合、時變的非線性系統(tǒng)的速度-張力協(xié)調(diào)控制更為精確；減少了因速度和張力的不穩(wěn)定所帶來的染色色差，提高了布料的染色質(zhì)量。
文檔編號G05B13/02GK101308363SQ20081006285
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者顏鋼鋒 申請人:浙江大學