（机械电子工程专业论文）多轴同步传动磨毛整理机控制技术研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 i u l ll ti ii ii l l li ii titl y 17 4 7 3 8 0 一 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 。 学位论文作者签名：不萌如 日期： 硇戽专月l - b 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：字沙 日期：7 【。年j 7 月2 一日 摘要 经磨毛整理后的织物绒毛细短均匀、手感柔软舒适，用其制成的服装穿着舒适、保暖 性能好，因此，经磨毛处理后的产品在近年来倍受国内外消费者喜爱。现在，以高档床单、 被套为代表的家纺用品，也都普遍采用磨毛技术进行后整理加工，磨毛后整理设备市场需 求旺盛。目前，我国磨毛后整理装备技术经过十几年的发展，取得了长足进步，但两大关 键技术一耐磨钢砂磨毛棍生产和多轴同步传动恒定导布张力控制技术还处于探索研究阶 段，高档的磨毛整理设备主要依赖进口，且价格昂贵，生产成本居高不下，这严重制约了 产业的发展。因此，对以多轴同步传动恒定张力控制为核心的磨毛整理机控制技术进行深 入研究，研发一种导布张力分段设置、相对恒定、范围可调、磨毛和导布协同控制的控制 系统具有十分重要的现实意义和广泛的应用前景。 本文研究了一种多轴同步传动磨毛整理机的控制技术，关键对多轴同步传动导布张力 闭环控制、磨毛和导布协同控制进行了深入研究，并论述了应用p l c 控制技术进行磨毛整 理的磨毛整理机控制系统的研发。本文主要在控制系统硬件设计、控制系统软件开发及多 轴传动恒张力控制技术研究三个方面进行了重点阐述，内容包括以下几个方面。 首先，本文对磨毛机类型、工作原理及国内外磨毛机控制技术的研究现状等进行了简 要阐述，对磨毛机常用的几种张力控制技术进行了比较说明。根据多轴同步传动磨毛整理 机的控制系统功能要求和张力控制性能要求，论述了控制系统总体方案的设计。在硬件设 计方面，选用2 台o m r o nc p l hp l c 作为磨毛机系统的核心控制单元，磨毛装置采用变 频电机控制，导布装置采用交流伺服电机驱动、张力闭环控制，对控制系统硬件平台的搭 建进行了详细阐述。 其次，本文根据控制系统总体方案，在软件开发方面，进行了深入阐述。提出了基于 p l c 功能块的多任务软件总体框架设计思想，并根据系统对各个控制任务的时效性要求， 对系统任务进行了合理划分。主要对恒张力伺服控制程序、变频控制程序以及报警系统程 序的开发进行了详细阐述。另外，根据磨毛机控制系统操作要求，阐述了图文化的人机界 面的设计。 最后，对多轴传动恒张力控制技术进行了深入研究。分析了恒张力控制原理，针对几 种传统的磨毛机张力控制方法的不足之处，提出了一种多轴同步传动恒张力控制方案，深 入论述了自适应p i d 控制算法在磨毛机恒张力控制上的实现。并将此控制技术在 m e 7 7 6 a s f 型磨毛机上进行了运行调试，运行结果表明这种模糊自适应p i d 控制算法比常 i 规的控制算法在张力控制中的控制特性更优。 研发的磨毛整理机控制系统在m e 7 7 6 a s f 型磨毛机改进型产品中进行了试运行，并通 过了产品的定型测试，实现了小批量生产，其张力控制性能达到了预期的目标。对多轴同 步传动磨毛整理机的控制技术的研究在改善磨毛质量、提高磨毛机性能上，在进一步提高 磨毛后整理装备技术上，在促进纺织后整理产业发展上意义重大。 关键词：磨毛机；张力系统；多轴同步控制；p l c ；模糊自适应p i d i i r e s e a r c ho nc o n t r o lt e c h n o l o g yo ft h es a n d i n g f i n i s h i n gm a c h i n e so n m u l t l - a x i ss v n c h r o n o u sd r i v e - -ll- a b s t r a c t t h ef i n i s h e df a b r i ca f t e rs a n d i n gh a v es h o r ta n de v e nh a i r , s o f ta n dc o m f o r t a b l e ，a n dt h e c l o t h i n gm a d eo fs u c hf a b r i cw e a r i n gc o m f o r t a b l ea n dh a v eg o o dw a r m - k e e p i n gp e r f o r m a n c e ，s o ， i nr e c e n ty e a r s ，t h es a n d i n gp r o d u c t sa r ew e l c o m e db ym a n yc o n s u m e r sa th o m ea n da b r o a d n o w , w i t hh i g h - e n db e ds h e e t s ，q u i l ta st h er e p r e s e n t a t i v eo ft h et e x t i l ep r o d u c t sa r ea l s ow i d e l y u s e dt e c h n o l o g yf o rf i n i s h i n gs a n d i n g ，t h em a r k e to fs a n d i n ga n df i n i s h i n ge q u i p m e n td e m a n d a tp r e s e n t ，s a n d i n ga n df i n i s h i n ge q u i p m e n tt e c h n o l o g yh a sm a d ec o n s i d e r a b l ep r o g r e s so v e r10 y e a r s ，b u tt h et w ok e yt e c h n o l o g i e s - w e a r - r e s i s t a n ts t e e lg r i ts a n d i n gs t i c kp r o d u c t i o na n d m u l t i a x i ss y n c h r o n o u sd r i v ec o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yo nf a b r i ci ss t i l li nt h e e x p l o r a t i o na n dr e s e a r c hs t a g e ，h i g h e n df i n i s h i n ge q u i p m e n ts a n d i n gr e l ym a i n l yo ni m p o r t s ， a n dt h ep r i c ei se x p e n s i v e ，w h i c hs e v e r e l yr e s t r i c t e dt h ed e v e l o p m e n to ft h ei n d u s t r y t h e r e f o r e ， t h i sp a p e ri n - d e p t hr e s e a r c h e ds y n c h r o n i z em u l t i a x i sd r i v ec o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o la st h ec o r e o ft h es a n d i n gf i n i s h i n gm a c h i n ec o n t r o lt e c h n o l o g y , i t so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n d w i d e a p p l i c a t i o np r o s p e c t st or e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tac o n t r o ls y s t e m ，i nw h i c hl e a df a b r i ct e n s i o n s u b - s e t ，r e l a t i v e l yc o n s t a n ta n dr a n g ea d j u s t a b l e ，t h ec o n t r o lt o g e t h e ro fs a n d i n ga n dg u i d e i nt h i sp a p e r , am u l t i - a x i ss y n c h r o n o u sd r i v ec o n t r o lt e c h n o l o g yo ft h es a n d i n gf i n i s h i n g m a c h i n ew a sr e s e a r c h e d ，t h ek e ys t u d yo nt h em u l t i a x i ss y n c h r o n o u sd r i v eg u i d e dc l o s e d l o o p c o n t r o lo ff a b r i ct e n s i o n ，s a n d i n ga n dg u i d e dc o n t r o lo ff a b r i ct o g e t h e r , a n dt h ec o n t r o ls y s t e m r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f f i n i s h i n gm a c h i n ew a sd i s c u s s e d ，i nw h i c hp l cc o n t r o lt e c h n o l o g y w a sa p p l i e d i nt h i sp a p e r ，d e s i g no ft h ec o n t r o ls y s t e mh a r d w a r ec i r c u i td e s i g n , s o f t w a r e d e v e l o p m e n ta n dd e s i g no fm u l t i - a x i ss y n c h r o n o u sd r i v et e n s i o nc o n t r o ls y s t e mw e r es t u d i e d ， i n c l u d i n gt h ef o l l o w i n g f i r s to fa l l ，t h i sp a p e rc o n d u c t e dab r i e fd e s c r i p t i o no ns a n d i n gm a c h i n et y p e ，o p e r a t i n g p r i n c i p l ea n dc o n t r o lt e c h n o l o g ya th o m ea n da b r o a ds a n d i n gm a c h i n e ，c o m p a r e dt oe x p l a i n s e v e r a lo fc o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o lt e c h n i q u e sc o m m o n l yu s e do nt h es a n d i n gm a c h i n e c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no nf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n dp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sf o r c o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o lo fm u l t i a x i ss y n c h r o n o u sd r i v ec o n t r o ls y s t e mo fs a n d i n gf i n i s h i n g i i i m a c h i n e s ，t h eo v e r a l lp r o g r a mc o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e d o nt h eh a r d w a r ed e s i g n ，t w os e t so f o m r o nc p1hp l cw e r eu s e dt ob ec o r eu n i to ft h es a n d i n gm a c h i n ec o n t r o ls y s t e m ，s a n d i n g d e v i c ea d o p t sf r e q u e n c yc o n v e r s i o nm o t o rc o n t r o l ，a n dg u i d ef a b r i ci n s t a l l a t i o n sa d o p t sa c s e r v om o t o r - d r i v e n , c l o s e d l o o pt e n s i o nc o n t r o l ，t h es t r u c t u r e so fc o n t r o ls y s t e mh a r d w a r e p l a t f o r mw e r ee l a b o r a t e d s e c o n d l y , t h i sg e n e r a ls c h e m ec o n d u c t e di n d e p t hs e ti ns o f t w a r ed e v e l o p m e n tu n d e rt h e c o n t r o ls y s t e m s t h eo v e r a l lf r a m e w o r kd e s i g ni d e ao fm u l t i t a s k i n gs o f t w a r eb a s e do np l c f u n c t i o nb l o c kw a sp r o p o s e d ，a n di na c c o r d a n c ew i t ht h et i m e l i n e s sr e q u i r e m e n t st oi n d i v i d u a l c o n t r o lt a s k so ft h es y s t e m ，ar e a s o n a b l ed i v i s i o no ft a s k s m a i n l yc o n s t a n tt e n s i o ns e r v oc o n t r o l p r o c e d u r e s ，f r e q u e n c y c o n t r o lp r o c e d u r e s ，a sw e l la st h e d e v e l o p m e n to fa l a r ms y s t e m p r o c e d u r e sw e r ec a r r i e do u ti nm o r ed e t a i l i na d d i t i o n , a c c o r d i n gt h eo p e r a t i n gr e q u i r e m e n t so f s a n d i n gm a c h i n ec o n t r o ls y s t e m ，t h i sa r t i c l ed e s c r i b e dt h em a n m a c h i n ei n t e r f a c ed e s i g nb a s e d o ng r a p h i cc u l t u r e f i n a l l y , c o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yf o rm u l t i a x i sd r i v ew a si n - d e p t hs t u d i e d t h e c o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o lt h e o r yw a sa n a l y z e d ，i nt h el i g h to fs e v e r a lt r a d i t i o n a lm e t h o d so f t e n s i o nc o n t r o lo nt h es a n d i n gm a c h i n ed e f i c i e n c i e s ，t h i sa r t i c l e p r o p o s e d am u l t i a x i s s i m u l t a n e o u st r a n s m i s s i o nc o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o l p r o g r a m ，i n d e p t hd i s c u s s i o no ft h e i m p l e m e n t a t i o no ft h es e l f - a d a p t i v ep i dc o n t r o la l g o r i t h mf o rc o n s t a n tt e n s i o nc o n t r o li nt h e s a n d i n gm a c h i n e a n dt h i sc o n t r o lt e c h n o l o g yw a sr u na n dd e b u g g e di nm e 7 7 6 a s ft y p e s a n d i n gm a c h i n e t h et y p er e s u l t ss h o wt h a tt h ef u z z ys e l f - a d a p t i v ep i dc o n t r o la l g o r i t h mi s f e a s i b l e ，a n db e t t e rt h a nt h ec o n v e n t i o n a lp i dc o n t r o l l e ri nt h ec o n t r o lc h a r a c t e r i s t i c so ft e n s i o n c o n t r o ls y s t e m t h ec o n t r o ls y s t e mo fr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n ts a n d i n gf i n i s h i n gm a c h i n ew a st e s tr u ni n m o d i f i e dp r o d u c t so fm e 7 7 6 a s ft y p es a n d i n gm a c h i n e ，a n dp a s tt h r o u g ht h ep r o d u c t ss h a p e t e s t ，a c h i e v e dal o w v o l u m ep r o d u c t i o n ，t h et e n s i o nc o n t r o lp e r f o r m a n c ea c h i e v e dt h ed e s i r e d o b j e c t i v e s t h er e s e a r c ho ft h ec o n t r o lt e c h n o l o g yo fm u l t i a x i ss y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o n f i n i s h i n gs a n d i n gm a c h i n ei so fg r e a ts i g n i f i c a n c ei ni m p r o v i n gt h es a n d i n gq u a l i t ya n dt h e s a n d i n gm a c h i n ep e r f o r m a n c e ，i nf u r t h e re n h a n c i n gt h es a n d i n ga n df i n i s h i n ge q u i p m e n t t e c h n o l o g y , i np r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h et e x t i l ef i n i s h i n gi n d u s t r y i v k e yw o r d s ：s a n d i n gm a c h i n e ；t e n s i o ns y s t e m ；m u l t i - a x i ss y n c h r o n o u sc o n t r o l ；p l c ；f u z z y s e l f - a d a p t i v ep i d v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 磨毛机类型及工作原理1 1 1 1 磨毛机类型1 1 1 2 磨毛机工作原理”1 1 2 磨毛机控制技术研究现状2 1 2 1 国内外磨毛机控制技术的发展2 1 2 2 磨毛机张力控制技术的研究现状3 1 3 本文主要研究内容5 1 4 本章小结6 第二章磨毛机多轴传动及控制总体方案7 2 1 磨毛机控制系统功能和性能要求7 2 2 恒张力控制性能要求8 2 3 控制系统总体方案设计1 0 2 4 本章小结一1 1 第三章控制系统硬件设计”1 2 3 1 双p l c 结构的硬件平台总体设计方案1 2 3 1 1p l c 选型12 3 1 2 双p l c 结构的硬件平台搭建1 2 3 2 恒张力伺服控制电路设计”1 4 3 2 1 张力控制电路设计1 4 3 2 2 伺服电机控制电路设计15 3 3 基于4 8 5 总线的变频控制电路设计1 6 3 3 1 主从p l c 通讯设置”1 6 3 3 2r s - 4 8 5 总线网络设计1 7 3 3 3 变频器电路设计17 3 4 开关量输入输出电路设计1 8 3 5 电源模块电路设计”1 9 v l 3 6 本章小结2 l 第四章控制系统软件开发”2 2 4 1 图文化的人机界面设计2 2 4 2 基于p l c 功能块的多任务软件总体框架设计2 5 4 2 1 软件开发总体框架2 5 4 2 2 多任务层次化程序结构设计2 6 4 2 3 功能模块化程序规划2 7 4 3 恒张力伺服控制程序开发”2 7 4 3 1 张力标定及处理程序2 7 4 3 2 人机界面驱动的张力控制功能块3 1 4 3 3 伺服驱动器实时控制程序3 3 4 4 变频控制程序开发”3 5 4 4 1 主从p l c 同步通讯模块3 5 4 4 2 基于4 8 5 通讯的富士通用通讯协议功能块3 8 4 4 3 变频器控制程序3 9 4 5 报警系统程序开发“4 2 4 6 本章小结4 3 第五章多轴传动恒张力控制技术研究4 4 5 1 恒张力控制原理4 4 5 2 多轴同步传动控制策略4 4 5 3 模糊自适应p i d 控制在本系统中的应用4 6 5 3 1 模糊自适应p i d 控制原理4 6 5 3 2 张力控制规则的建立4 8 5 3 3 模糊自适应p i d 控制在本系统中的应用4 9 5 4 本章小结5 2 第六章运行调试5 3 6 1 硬件平台的连接试调试5 3 6 1 1 伺服电机试运行调试5 3 6 1 2 变频器通讯调试一5 4 6 2 样机测试及结果分析5 5 v i l 6 3 本章小结6 0 第七章总结和展望6 1 参考文献6 2 致谢6 6 附录一6 6 附录二7 0 攻读硕士学位期间发表的学术论文7 2 v l l i 硕士学位论文 1 1 磨毛机类型及工作原理 1 1 1 磨毛机类型 第一章绪论 磨毛整理机的发展仅有几十年历史。以德国、意大利为主的高档超柔软磨毛整理机诞 生于上世纪9 0 年代，随着电子技术的迅猛发展，国内磨毛机技术的进步也相当的快，新 一代磨毛机研发于2 l 世纪初，目前国内已经出现了大量自主研发的磨毛机【1 捌。 磨毛机主要适用于棉及混纺织物的柔软、磨毛加工，尤其适用于高档薄型织物、凹凸 花纹织物的柔性磨毛。目前磨毛机主要包括砂皮辊磨毛机、针织磨毛机、碳素纤维磨毛机、 组合式磨毛机、湿磨毛机这五类【3 胡。 砂皮辊磨毛机可用于梭织物的中、长毛磨毛整理；针织磨毛机可用于织物的中、短毛 磨毛整理；碳素纤维磨毛机是近年来出现的一种新型磨毛机，其磨料丝采用的是碳纤维刷， 与传统的刚性或包覆式磨毛相比完全不同，用这种磨料丝制成的磨料刷辊是以柔性点状跟 织物发生作用，使得砂粒能深入织物纹理，作用柔和，磨毛后绒毛极短，可达到桃皮绒、 水磨毛等效果【5 l ；组合式磨毛机根据砂皮与碳素纤维罗拉搭配的目数及工艺的调整，可实 现棉、涤、化纤等梭织物的中、长、短毛的磨毛整理，是砂皮和碳素纤维两种风格的产物， 具有高密度、高强度、稳定性好等优点，具有快速更换、无限延伸等特点；湿磨毛机是通 过浸槽、喷洒等手段使织物湿润后进行加工的磨毛机。 1 1 2 磨毛机工作原理 磨毛整理机是一套复杂的大型机电设备，其基本结构一般都是由浸轧装置、预烘机构、 进布机构、多组单元磨毛辊传动机构以及出布架这五个部分组成【6 1 。 其中，浸轧装置和预烘机构属于磨毛前处理部分，浸轧装置是由槽式给湿与重轧车织 物除水组成，重轧车可以最大限度地除去织物携带的水分，有助于烘干，蒸汽预烘机构可 以烘干织物6 0 7 0 的水分，以减轻织物表面的折皱，有利于后续的织物磨毛工作。进 布机构、多组单元磨毛辊传动机构以及出布架这三个部分统归为磨毛机多轴传动机械结 构。 磨毛机的工作过程为：织物进入磨毛部分前，先经蒸汽喷雾给湿，然后经烘筒烫平， 再通过缝头检测，使缝头到达砂带时自动脱开，以免磨断织物，待磨毛的织物，通过压布 1 硕士学位论文 辊和进布辊喂入，使织物表面非常平整，整个宽度范围张力一致，从而保证磨出的绒毛左、 中、右保持一致，再与磨毛砂带接触，然后通过上导辊将织物牵引出去，最后由刷毛辊及 除尘系统将织物表面浮毛吸去，在一定张力下通过摆码落布放入推车。 1 2 磨毛机控制技术研究现状 1 2 1 国内外磨毛机控制技术的发展 传统磨毛机的控制主要是由单一的逻辑量继电器控制来实现的。继电器控制系统采用 接线逻辑，利用继电器触点的串、并联及时间继电器的延迟动作来组成控制逻辑。这种控 制方式虽然成本较低，但由于采用的是简单的逻辑控制，仅适用于单一产品或某种控制项 目，缺乏通用性，系统一旦确定就很难改动或优化，调整不方便，只能通过硬件重组来实 现，并且可靠性和可维护性较差 7 1 。 8 0 年代初期，我国在成套引进国外磨毛机设备的同时，国外原装的可编程序控制器也 开始涌入国内市场。可编程序控制器，简称p l c 。最初是单一的f o 口控制，仅适用于较简 单的自动化项目，其通用性、兼容性和扩展性都较差。后来随着微电子技术、计算机技术 和通信技术的发展，p l c 无论在功能、速度、智能化模块还是在联网通信上，都有了很大 提高【8 】。随着网络通信功能的不断增强，p l c 与p l c 及计算机的互联，形成了大规模的具有 模拟功能、通讯功能等功能集成度高的高性f l 皂p l c 控制系统，实现在线组态、编程和下装， 可以在线监控整个生产过程。另外，由于p l c 的价格和可靠性优势，目前由p l c 为核心组 成的控制系统被广泛应用于各工业领域控制技术中【9 1 。 近年来，随着电子技术的迅猛发展及可编程序控制器的引进，国内磨毛机技术进步虽 然很快，但到目前为止其技术水平和国际最先进磨毛机尚有一定差距。国内外磨毛机控制 技术研究现状对比分析见表1 1 所示。 目前，国内外染整设备技术发展总的趋势是向环保、节能、高效、智能化方面发展， 努力实现传统磨毛机产品的机、电、信息技术一体化【l o 】。随着国内外磨毛理论不断更新， 磨毛机设备机电一体化技术越来越普及，对磨毛效果提出了更高的要求。由于磨毛张力控 制技术的好坏也将直接影响到磨毛产品的质量，所以对磨毛张力控制技术的研究成为了一 种趋势。 2 硕士学位论文 表i i 国内外磨毛机控制技术研究现状对比 1 2 2 磨毛机张力控制技术的研究现状 目前，恒张力控制技术已被广泛应用于多种场合，控制方法也有很多种。磨毛机恒张力 控制技术主要有： ( 1 ) 采用浮动辊间接进行张力检测的控制方式 传统的多轴同步恒张力控制采用张力浮动辊间接进行张力检测的方式，为开环控制， 其控制框图如图1 1 所示。 5 单元 4 单元3 单元2 单元i 单元张力检测 图1 1 传统多轴同步恒张力控制系统【1 2 】 硕士学位论文 在系统中装一套浮动辊，浮动辊的位置用一个电位器进行检测，张力控制的方式是靠 维持浮动辊的位置尽量不变来保持张力的恒定【1 1 1 。即当张力变化时，张力辊会偏离平衡位 置，引起相应的同步控制器的输出减小或增大，自动调整变频器频率，达到动态平衡，使 张力辊保持在平衡位置附近，达到同步效果。此控制方式的精确度较差，当负载变化较大 时，电机的转差率会增大，使得张力辊偏离平衡位置，不适合对精度要求较高的场合。 ( 2 ) 采用张力传感器直接进行张力检测的控制方式 采用张力传感器直接检测张力的恒张力控制方式，即将张力传感器安装在张力检测辊 轴承的上面或下面，将检测到的导布段张力值转换成电信号，送到张力调节器中，与原设 定的张力信号比较后，进行p i d 计算，然后输出到伺服电机控制器，控制导布辊转速，达 到同步的目的。 目前，磨毛机上使用较多的是直接采用张力传感器检测张力进行控制，但此系统较多 的是采用多个独立变频器闭环控制。此控制方式波动性较大，而且不能对张力实时进行人 工干预。随着客户对设备技术水平和成本控制的要求，简单利用同步控制器来实现同步控 制已不能满足客户的要求，对于同步性要求较高的系统，更进一步的是采用人机界面、p l c 、 变频器、伺服等产品来集成精度更高的同步控制和恒张力控制。本课题提出了一种多轴同 步传动恒张力闭环控制方式，采用人机界面、p l c 、变频器、伺服等集成的恒张力同步控 制，对导布系统的5 个伺服电机进行同步控制。 磨毛机多轴同步传动机械结构采用六辊行星式结构【1 3 1 ，如图1 2 所示。主轴是一根锡 林辊，采用特制的碳纤维为基体的复合材料，制成直径约2 m m ，长度约1 0 0 r a m 的毛刷， 然后按照一定长度制成刷毛辊，把6 根刷毛辊等距离装在装有锡林的大盘上，形成行星式 分布。6 根刷毛磨辊分成相互间隔的二组，分别称为左磨辊和右磨辊，可以分别对左、右磨 辊单独进行无级调速，织物经磨毛后就可以通过上导装置传送给出布架，最后通过出布架 将织物连续落入堆布车内，分车送给下道工序，进行水洗、染色加工。 织物磨毛的线速度由锡林运转和磨辊运转合成。锡林和磨辊都可以实现正反转，并且 可以对磨辊进行大范围的调速，以使磨毛效果强弱产生较显著的变化。刷毛时，通过调节 布的张力、大盘的线速度和磨毛辊的转速，即可获得又匀又密的绒毛【1 4 】。 织物经过磨毛整理后要想得到较好的效果，除了根据各类磨毛机的机械结构特点选择 合适的磨毛机外，在磨毛过程中，张力控制系统性能的好坏也将直接影响到磨毛的效果。 4 硕士学位论文 ( 1 ) 进布辊( 2 ) 前导辊( 3 ) 后导辊( 4 ) 上导辊 ( 5 ) 出布辊( 6 ) 锡林( 7 ) 左磨毛辊( 8 ) 右磨毛辊( 9 ) 口- f i 调速扩幅辊( 1 0 ) 不可调速扩幅辊 ( 1 1 ) 进布张力传感器( 1 2 ) 磨毛张力传感器( 1 3 ) 1 - 导张力传感器( 1 4 ) 出布张力传感器 1 3 本文主要研究内容 图1 2 磨毛机多轴同步传动机械结构简图 本文以多轴同步传动张力控制系统为研究对象，对多轴同步传动磨毛整理机的控制系 统进行了硬件分析和软件结构设计，并对样机进行了调试，验证了控制方案的可行性。 全文内容安排如下： 第一章简单介绍了几种磨毛机类型，对国内外磨毛机控制技术的研究现状进行了分 析，比较了几种常用的磨毛机恒张力控制技术，对本课题中采用的磨毛机多轴同步传动机 械结构及恒张力控制系统进行了简要说明。 第二章根据机械系统和磨毛工艺要求，提出了磨毛机控制系统功能和性能要求以及 恒张力控制性能要求，提出了控制系统总体设计方案以及多轴同步传动恒张力控制方案。 第三章根据磨毛机控制系统要求，从“双p l c 结构的硬件平台搭建 、“恒张力伺 服控制电路、“基于4 8 5 总线的变频控制电路”、“开关量输入输出电路 和“电源 模块电路 这五个部分对控制系统硬件电路进行了设计。 第四章根据磨毛系统功能要求进行了人机界面设计，在此基础上对磨毛机控制系统 硕士学位论文 进行了软件程序开发，采用了基于p l c 功能块的多任务层次化软件总体设计方案，主要包 括恒张力伺服控制程序模块、变频控制程序模块、报警系统程序模块以及人机界面的设计。 第五章简单介绍恒张力控制原理，对多轴传动张力控制系统及张力控制策略和算法 进行理论研究。在经典p i d 控制方法的基础上提出了基于模糊推理的自适应p i d 控制，并 分析了此方案在本系统中的实现。 第六章将触摸屏程序及p l c 程序分别下载到m e 7 7 6 a s f 型磨毛机上进行连接调试， 并对测试结果进行了分析，验证了本课题研究的多轴同步传动张力控制系统方案的可行 性，达到了较好的磨毛效果。 第七章对全文主要内容进行总结，提出工作中的不足与进一步的展望。 1 4 本章小结 本章首先介绍了几种磨毛机类型及国内外磨毛机控制技术的研究现状，然后以磨毛理 论为基础，比较了几种常用的磨毛机恒张力控制技术，提出了一种多轴同步传动恒张力闭 环控制方式。对本课题中采用的磨毛机多轴同步传动机械结构及恒张力控制系统进行了简 要说明。最后阐明了本文的主要研究内容及创新点。 6 硕士学位论文 第二章磨毛机多轴传动及控制总体方案 2 1 磨毛机控制系统功能和性能要求 根据机械系统和磨毛工艺要求，磨毛机控制系统应具备以下功能和性能要求： ( 1 ) 磨毛控制功能 本系统中将锡林前转、磨辊后转规定为磨毛机运行的正方向，两者做相对运动。自动 引布时，可调速和不可调速扩幅辊是否使用要设置一致，即都设置为可用或都不可用。 磨毛系统中各磨辊转速设定要求见表2 1 所示。 表2 1 磨毛系统中各磨辊转速设定表 最小值( r m i n )最大值( r m i n )正常工作值( r m i n ) 锡林 左磨辊 右磨辊 扩幅辊 3 0 1 5 0 0 1 5 0 0 6 0 0 l o 1 2 0 0 1 2 0 0 3 0 0 ( 2 ) 导布控制功能 本系统中将5 个伺服进行了编号，1 5 号伺服分别为前导伺服、后导伺服、上导伺服、 出布伺服和进布伺服。全机启动时5 个导布辊伺服一起转动。 启动自动引布时，5 个伺服和锡林一起转动。上导和出布辊也可设置为停止状态。5 个伺服和锡林的运动方向要一致，即要么同时选择正向运行，要么同时选择反向运行。 导布系统中各导布辊在各运行阶段的布速设定要求见表2 2 所示。 表2 2 各导布辊在各运行阶段的布速设定表 淤 全机运行 部分运行自动引布 最小值最大值 正常工作值最小值最大值正常工作值 导布系统 ( m m i n ) ( m m i n )( m m i n )( m r a i n )( n f f m i n )( m m i n ) 进布辊0 04 0 02 5 00 0 4 0 0 8 0 前导辊 0 04 0 0 2 5 00 04 0 08 0 后导辊 0 04 0 0 2 5 00 0 4 0 0 8 0 上导辊0 0 4 0 0 2 5 00 0 4 0 0 8 0 出布辊0 04 0 02 5 0 0 04 0 08 0 7 硕士学位论文 ( 3 ) 张力控制功能 磨毛机导布系统中张力控制包括张力比例控制和张力传感器控制两种控制方式。 在张力传感器控制方式下自动引布正方向是按速度比控制的，反方向按钮在张力传感 器控制方式下无效，要切换到张力比例控制方式下才能退布。 ( 4 ) 开关量控制功能 磨毛机的机器运行时间为全机启动到停止所用的时间，下次机器启动后再累计上去， 用定时器实现。 毛刷辊延时设定值要求与全机运行停止的时间一致。 ( 5 ) 调试功能 磨毛机控制系统要求能在不同的控制界面进行调试。主要包括单个变频和伺服的调试 以及整个导布系统的联调。 ( 6 ) 系统参数和工艺参数设置保存功能 磨毛机控制系统要求具备设定和存放系统参数功能，即要求占用一定的内存空间存储 参数。 本课题中磨毛机的主要技术指标见表2 3 所示。 表2 3 磨毛机主要技术指标 2 2 恒张力控制性能要求 ( 1 ) 张力分段设定要求 结合磨毛机的机械结构和导布系统的控制要求，将导布系统分成了四段进行张力控 8 硕士学位论文 制，即进