（通信与信息系统专业论文）电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究.pdf

电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 摘要 本论文主要研究了电脑针织横机机头改进与故障诊断，针对电脑针织 横机在生产编织过程中存在的问题，采用短距离无线通信技术，在保证电 脑针织横机控制器到横机机头的数据传输速率和数据传输可靠性的前提 下，从系统方案设计和无线链路可靠性算法等方面，进行了研究；并根据 生产编织的实际需求，研究并设计了基于模糊数学和节约覆盖集理论模型 的电脑针织横机故障诊断专家系统。 本文分析了电脑针织横机的工作原理和控制结构，并针对当前电脑针 织横机机头有绳数据电缆容易损坏带来数据传输不稳定，难于检修等问 题，采用短距离无线通信技术( 蓝牙技术) 来代替有线电缆的连接。根据 电脑针织横机的数据传输性能要求数据量大和可靠性，采用了硬件接 口技术，设计了电脑针织横机无绳机头系统方案；采用无线链路跳频调度 算法来提高电脑针织横机控制器与横机机头之间无绳数据传输的可靠性。 在数据无线传输可靠性的研究中，引入了l s h ( 1 i n k 。s t a t e h i s t o r y ) 算法， 用m a r k o v 信道模型对该算法进行了深入的研究，并确定了将该算法应用 于电脑针织横机的具体l s h 算法阈值大小，克服了由于假设l s h 算法阈 值而导致的算法失效性。该研究可以使得电脑针织横机无绳机头的数据无 线传输的可靠性大为提高。 t 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 针对电脑针织横机编织过程中故障诊断的实际需求，研究设计了电脑 针织横机故障诊断专家系统。采用“故障现象一故障原因”推理机制，研 究设计了电脑针织横机故障诊断系统的知识库，分析了基本规则和复合规 则及其在知识库中的表达形式。在推理机制的研究中，分析了故障诊断问 题的数学模型，基于此模型，将诊断问题用集合论形式定义为四元组，根 据覆盖集理论及其节约原则，研究了电脑针织横机故障诊断问题的解( 故 障原因集合) 来满足某种节约原则的已知故障现象集合的覆盖集理论。并 采用最大似然值原则求出故障原因集合的最佳解。为了提高故障诊断的精 度，本论文又引入模糊数学思想，将模糊度和可信度引入节约覆盖集理论 中，并对诊断问题作了五元组的重新定义。在此五元组的基础上研究了改 进型概率模型算法，使得电脑针织横机的故障诊断正确率大大提高。本论 文研究开发的基于模糊数学和节约覆盖集理论模型的电脑针织横机故障 诊断专家系统，既是对电脑针织横机传统故障诊断改革的大胆尝试，也对 提高电脑针织横机编织效率、促进我国电脑针织横机广泛应用，起到了一 定的推动作用。 关键字：电脑针织横机，故障诊断，蓝牙，专家系统，模糊数学与节约覆 盖集理论 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 r e s e a r c ho nt h ei m p r o v e df r o n t p i e c ea n d f a u i jd i a g n o s i so ft h ec o m p u t e r i z e df l a t k n i t t i n gm a c h i n e a b s t r a c t a i m i n ga tp r o b l e m se x i s t i n gi nt h em a c h i n ek n i t t i n g ，t h i sp a p e rf o c u s e s o nar e s e a r c ho ft h ei m p r o v e df r o n t p i e c ea n df a u l td i a g n o s i ss y s t e mo ft h e c o m p u t e r i z e d f l a t k n i t t i n gm a c h i n e ，a d o p t i n g s h o r t - r a n dw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , o nt h ep r e m i s et h a tt h ed a t ao fh i g h - s p e e da n d r e l i a b i l i t yf r o mt h ec o n t r o lo ft h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n et o f r o n t p i e c e ，s e ta b o u tr e s e a r c h i n go nf r o n t p i e c e o ft h ec o m p u t e r i z e df l a t k n i t t i n gm a c h i n ef r o ms e v e r a lr e s p e c t ss u c ha st h ed e s i g no fs y s t e ms c h e m e a n dr e l i a b i l i t ya l g o r i t h m i no r d e rt om e e tr e q u i r e m e n t si nm a c h i n ek n i t t i n g ， r e s e a r c ha n dd e s i g na ne x p e r ts y s t e mo ff a u l td i a g n o s i sf o rt h ec o m p u t e r i z e d f l a tk n i t t i n gm a c h i n eb a s e do nf u z z ym a t h e m a t i c sa n dt h em o d e lo fs a v i n g m a n t l ec o n v e n e a n a l y s i s t h e o p e r a t i o n a lp r i n c i p l e a n dc o n t r o ls t r u c t u r eo ft h e c o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e ，a i m i n ga tp r o b l e m sb r o u g h tb yt h e i i i 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 f r o n t p i e c ew i t hc a b l e ，f o re x a m p l ec a b l ed i s r e p a i r , i n s t a b i l i t yd u r i n gd a t a t r a n s m i t t i n g ，h a r dt oe x a m i n ea n dr e p a i ra n d s oo n ，a d o p t i n gs h o r t - r a n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ( b l u e t o o t h ) t oi n s t e a d o ft h e c a b l e ， a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do fd a t at r a n s m i t t i n gc a p a b i l i t y - l a r g ed a t u ma n d r e l i a b i l i t y , a d o p t i n gh a r d w a r ei n t e r f a c et e c h n o l o g yt od e s i g nt h es c h e m eo ft h e w i r e l e s sf r o n t p i e c eo ft h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e ，a d o p t i n gt h e a l g o r i t h mo ff r e q u e n c yh o p p i n ga t t e m p e ro fw i r e l e s sc h a n n e lt oi m p r o v et h e r e l i a b i l i t yo fw i r e l e s sc h a n n e lb e t w e e nt h ec o n t r o lo ft h ec o m p u t e r i z e df l a t k n i t t i n gm a c h i n ea n df r o n t p i e c e d u r i n gt h er e s e a r c ho fw i r e l e s sc h a n n e l ， i n d u c tl s h ( 1 i n k s t a t e h i s t o r y ) a l g o r i t h m ，r e s e a r c hi t d e e p l yb ym a r k o v c h a n n e lm o d e l ，m a k es u r ee x a c tt h r e s h o l dv a l u e st h a tc a nb eu s e di nt h e w i r e l e s s f r o n t p i e c et h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n es u i t a b l y , a n d o v e r c o m et h ea l g o r i t h mi n v a l i d a t i o nr e s u l t e di ns u p p o s i n gl s ht h r e s h o l d v a l u e s ，t h er e s e a r c hc a ni m p r o v et h er e l i a b i l i t yd u r i n gd a t at r a n s m i t t i n gi n w i r e l e s sc h a n n e lo ft h ew i r e l e s sf r o n t p i e c et h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n g m a c h i n e a i m i n ga t f a u l td i a g n o s i sn e e d si nt h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n g m a c h i n e ，r e s e a r c ha nd e s i g na ne x p e r ts y s t e mo ff a u l td i a g n o s i sf o rt h e c o m p u t e r i z e d f l a t k n i t t i n gm a c h i n e ，a d o p t i n g d i a g n o s i sp h e n o m e n a d i a g n o s i sc a u s a t i o n r e a s o n i n gm e c h a n i s m ，r e s e a r c ha nd e s i g nt h er e p o s i t o r y o fa nd e s i g na nf a u l td i a g n o s i ss y s t e mf o rt h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n g m a c h i n e ，a n a l y s i sb a s i cf o r m u l a ，c o m p l e xf o r m u l aa n dt h e i re x p r e s s i o ni n 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 r e p o s i t o r y r e s e a r c h i n gr e a s o n i n gm e c h a n i s m ，a n a l y s i sm a t h e m a t i c a lm o d e l o ff a u l td i a g n o s i s ，f a u l td i a g n o s i si sd e f i n e dt e t r a db ys e tt h e o r y ，a c c o r d i n gt o t h em o d e lo fm a n t l ec o n v e n ea n ds a v i n gp r i n c i p l e ，r e s e a r c ht h ea n s w e r st o f a u l t d i a g n o s i sf o r t h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e ( c a u s a t i o n c o n v e n eo ff a u l td i a g n o s i s ) t os a t i s f yt h et h e o r yo fm a n t l ec o n v e n eo ft h e k n o w nf a u l td i a g n o s i sp h e n o m e n ao fac e r t a i ns a v i n gp r i n c i p l e r e s o l v et h e b e s ta n s w e r so ft h ef a u l td i a g n o s i sc a u s a t i o nb yt h ep r i n c i p l eo fm a x i m u m l i k e l i h o o d i no r d e rt ot h ep r e c i s i o no ff a u l t d i a g n o s i s ，i n d u c t i n gf u z z y m a t h e m a t i c s ，b r i n gf u z z yd e g r e ea n dr e l i a b i l i t yi nh em o d e lo fs a v i n gm a n t l e c o n v e n e ，r e d e f i n et h eg r o u po ff i v et ot h ef a u l td i a g n o s i sp h e n o m e n a b a s e d o nt h i s ，r e s e a r c ht h ea l g o r i t h mo fi m p r o v e dp r o b a b i l i t ym o d e l ，c a ni m p r o v e t h ep r e c i s e n e s so ff a u l td i a g n o s i sf o rt h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e t h ee x p e r t s y s t e mo ff a u l td i a g n o s i sf o r t h ec o m p u t e r i z e df l a t k n i t t i n gm a c h i n eb a s e do nf u z z ym a t h e m a t i c sa n dt h em o d e lo fs a v i n gm a n t l e c o n v e n en o to n l yi m p r o v e st h et r a d i t i o n a lf a u l td i a g n o s i sm e t h o da sab o l dt r y , b u ta l s o h e l p st oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fk n i t t i n ga n dt oi m p r o v et h e e x t e n s i v eu s eo ft h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n ei no n ew a y k e yw o r d s ：t h ec o m p u t e r i z e df l a t k n i t t i n gm a c h i n e ，f a u l td i a g n o s i s ， b l u e t o o t h ，a ne x p e r ts y s t e m ，f u z z ym a t h e m a t i c sa n dt h em o d e lo fs a v i n g m a n t l ec o n v e n e v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 孝谚安 日期：2 0 年月e 1 东华大学学位论文版权使用授权书 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。本人授权东华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。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密匣 学位论文作者签名： 日期：年月日 岛许曼 指导教师签名：石签掌 日期：2 一口占年乡月6e t 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 第一章绪论 1 1 电脑针织横机国内外现状 电脑钟织横桃是用来编织羊毛衫的，它是机电一体化在针织机械上的应用。自从 1 9 7 5 年第一台商业化电脑横机问世以来，经过2 0 多年的发展，电脑横机已经达到了 援：较完善的程度，现已成为针织横机发展的方向。 与普通横机比较，电脑横机除了自动化程度高、生产效率高、花型变换方便、产 品质量易于控制的优点井，广泛的产品可能性尤其受到国志生产厂家的重视，它不仅 可以生产一般普通横机所能生产的产品，而且还可以生产一些普通横机所不能或难以 生产的产晶，其有广阔的发展前景。虽然电脑针织横机成为针织横机的发展趋势，但 因前国内的针织行业所用的高档电脑针织横机都是从豳本、意大利、德国等国家进口， 中档的电脑横机大多是台湾制造n 3 。下面简单介绍一下目前国内外电脑横机的发展现 状： 重国外电脑针织横机现状 目前活跃在国际电脑横机市场上的主要电脑厂商有： 德国s t o l l ( 斯托尔) 公司的c m s 系列，c n c a 系列 德国u n i v e r s a l ( 环球) 公司的m c 系列 日本岛精( s h i m as e i k i ) 公司的s e s 系列 台湾三合益精公司的f s 系列 意大利需马公司的j 系列 意大利a p m 公司的v i k 系列 总结这些代表世界领先水平的电脑横机，我稻发瑗以下特点及发展趋势： ( 1 ) 花型准备系统向着设计的便利、减少材耗与降低缝制成本组织高效三方面 发展。 ( 2 ) 在新的花型准备系统中加入了线圈库、横组库、裁式库等数据库，用户可 以很方便的从中直接调用现成的模块，以节省设计时湖。 ( 3 ) 系统数有明显的增加，最高n 8 系统，机号向高于1 2 针2 5 4 m m 发展的趋势， 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 岛精公司甚至高达1 8 针陀5 4 m m ，从而进入到柯登机髂传统领域，馒产品不仅适合春、 歉、冬季服装，也可用于生产夏季服装。 ( 4 ) 针床和织针的可换性增强，因此变换品种方便。如斯托尔公司的c m s 系列 机可换用针距不同号的织针。多位编制技术日趋成熟，同一横视系列中可同时有编制 集圈、浮线三种编织状态，并且系统独立。 ( 5 ) 电脑横机上的移圈技术也由单向的移圈发展为可同时前后移圈，并且利用 分针技术，避免空洞，花型立体感强。 ( 6 ) 三角系统正向着简单化的方向发展，可调整可移动件日益减少，取而代之 的是固定三角轨道，配以高效选针系统，大大提高了机器的可靠性。 除此以外，还有沉降技术的广泛使用，以及传动系统有链式传动发展为皮带传动 等，从而提高了横机性能。 2 国内电脑针织横机现状 由于我囡毛针织行业快速发展，电脑自动横机的需求加大，近两年每年进口了很 多电脑自动横机。为了尽快适应我国毛针织行业对于电脑自动横机的需求，缩短在电 脑自动横机上与国外的差距，豳内有一批企业向电脑自动横机发起了冲击。常熟市盛 星针织机械有限公司、福建红旗股份有限公司、北京北方天鸟智能科技有限公司和江 苏宏源纺机股份有限公司等采用了不同方式方法，开发了不同型式的电脑自动横机。 常熟市盛星针织机械有限公司在开发电脑织领横机、全自动电脑手套机的基础 上，于2 0 0 3 年开始d s x - - 1 1 5 s 电脑全自动横机产品开发，2 0 0 4 年试制完成样机5 台，运转正常，年内将小批量投产。 福建红旗股份有限公司于2 0 0 1 年开发成功电脑织领横机，2 0 0 3 年初进行电脑加 针横机的设计开发，2 0 0 4 年已被列为福建省工业结构调整重点项目计划，现已试制成 功j z 3 6 4 2 型电脑加针横机、j z 4 4 5 2 型电脑加针横机等样机，并进行小批量生产。 截止到今年8 月份，已生产电脑针织横机1 3 0 0 多台。 北方天鸟股份公司生产的电脑绣花机是国内外比较知名的品牌。该公司开发的 t n m c l 2 0 电脑针织横机项目，是该公司上市后募投的第一个项目，同时也是国家重 点技术改造“双高一优 项目和2 0 0 3 年国家级火炬计划项耳。经过努力，北京北方 天鸟智能科技有限公司于2 0 0 4 年7 月推出t n m c l 2 0 电脑针织横机，第一批6 台样 机通过了设计定型鉴定，第二批试制l o 台改进后的样机，已有4 台样机聂在用户单 2 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 位做中试试验，2 0 0 4 年批量生产并投放市场。 1 2 课题研究背景 纺织工业是我国传统的支柱产业，又是劳动密集型产业。为我国国民经济的发展、 出口创汇和劳动力就业等方面做出了贡献。我国是世界纺织品出口大国，随着我国加 入w t o ，纺织品出口限制逐渐得到减弱，我国纺织行业发展面临着重大的机遇和挑 战。二十世纪八十年代以来，日本、德国、意大利等发达国家根据市场需要开发出电 脑针织横机实现了高效数字化的生产，在发达国家已被广泛使用。 目前在国内，有电脑横机4 万余台、电动横机1 2 万余台，而手摇横机的数量在 百万台之上。相对应的，从事针织类加工的工厂有5 万家左右，从数字上就可以非常 明显的看出，电脑横机在国内并不十分普及。现在在国内，能够批量使用电脑横机的 工厂并不是随处可见，目前拥有最多电脑横机的工厂拥有的电脑横机数量为1 5 0 0 台。 而这些拥有电脑横机的工厂都处于相对集中的产业区之中。最为出名的是张家港秒 桥，在这个地方汇集了众多从事针织加工的企业，这些企业有充足的资金，并且是有 一定发展历史的有规模的工厂n 1 。电脑横机主要分布在江苏、浙江和广东这三个地区， 除此以外，在全国各地，使用电脑针织横机的并不多。电脑横机在国内的普及程度十 分有限，但电脑针织横机以它的编织效率优势在未来的发展空间还是巨大的。 国内外电脑针织横机的种类很多，但不管是哪种类型的电脑针织横机都有一个共 同点，有一个整机控制系统，是电脑针织横机的核心，它控制着电脑针织横机各子系 统的运作。横机机头是电脑针织横机中直接参与编织的重要机构，里面包含很多电磁 铁、电机和检测传感器等执行元件，电脑针织横机控制系统通过数据电缆向这些执行 元件传送电磁铁指令或电机运动指令与补偿值等数据来控制执行元件的编织行为。横 机机头的执行元件多，由控制核心到横机机头的控制数据电缆较多，导致了在生产编 织过程中容易引发一系列的问题，因为在编织过程中横机机头在机床上高速往返移 动，连接在机头后部的电缆容易造成损坏，如不及时察觉数据线损坏容易造成控制数 据传输不稳定导致编织出错，带来经济损失，且由于数据线多而不容易检修。因此， 本论文针对这一现象对电脑针织横机机头做了改进研究，采用短距离无线通信技术， 在保证电脑针织横机控制器到横机机头的数据传输速率和数据传输可靠性的前提下， 从系统方案设计和无线链路可靠性算法等方面，将“有绳”机头改进为“无绳”机头。 3 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 国内电脑针织横机普及力眈较低，大部分的电脑针织横枫都是从国外进墨，而且 也仅仅局限在部分经济实力比较强的地方可以进口先进的电脑针织横祝，电脑针织横 祝比传统的人力横机有更大的技术含量，对技术人员来说，即使是参加专门的培硼班， 也需要2 3 个月左右的时闻，丽要对电脑针织横机有充分的维修知识就需要更长的实 践经验积累，所以电脑横机技术知识薄弱静技术人员在遇到电脑横机故障时，只能自 己摸索解决，费时费力。胬前我国针织横机维修行业依靠检查者的感觉和实践经验进 行诊断，但是在传统针织横机维修行业中普遍存在着很多问题，毙如维修工人技术老 化，经常无法快速、经济地利用各方面的技术力量解决故障；维修企业诊断资源有限， 尤其是对于机电一体化的新型电脑针织横机，缺乏针织横机生产厂家的技术支持。 国内在电脑针织横机故障诊断系统这一块没有进行系统的研究，所以本文对电脑 针织横机的故障诊断进行了研究，引入专家系统，专家系统的发展十分迅速。尤其是 最近十多年来，随着各领域中专家系统不断地涌现，在解决实际问题中所起的作用也 越来越大。专家系统能如此迅速发展，是由于它具有下述的意义和作用： ( 1 ) 专家系统可以使专家的知识在不受时间和空间的限制下更广泛地为人类服 务。专家的经验和知识是极宝贵的，但他们不能永远工作。在他们退出工作岗位以前， 把他们的知识集中归纳起来，构成专家系统，永远保留下来，这就是不受时间限制的 意义。此外，专家总是少数，例如，我困医学专家不多，如果将他们的知识和经验总 结成专家系统，而且拷贝成几百甚至更多的副本，用于各地，那就等于在全国各地都 有许多专家在为人们治病，这就是不受空间限制的意义。 ( 2 ) 专家系统可靠性好，工作效率高。专家系统能克服人类专家的许多弱点， 如一个专家在工作中难免有疏忽，遗漏，此外还有精神紧张、疲倦及受周围环境影响 等因素。而专家系统却能不知疲倦，不受干扰，准确无误地工作，避免了人类专家的 许多失误。 ( 3 ) 专家系统能促进领域学科的发展。专家系统的研制促使领域专家们认真深 入地总结他们的专业知识和经验。专家系统有良好的透明性，它具有解释和教学功能， 能回答有关它做的一切，能把它的知识传授给用户，而且专家系统能汇集许多领域专 家的知识，使它解决问题的能力和知识的广博，优于单个专家的作用。专家系统具有 这种总结知识、传播知识及自学功能，便可促进领域科学的发展。 ( 4 ) 专家系统能促进计算机科学的发展。专家系统的研制和开发一方恧扩大了 4 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 计算机的应用领域，另一方面不断向人们提出新的研究课题，推动了新的计算机体系 的研究，促进了计算机科学的进一步发展。 电脑针织横机故障诊断专家系统研究的意义就在于不用专门聘请专业知识很强 的专家来进行现场诊断，节省了人力及财力，也是对电脑针织横机传统故障诊断改革 的大胆尝试，也对提高电脑针织横机编织效率、促进我国电脑针织横机广泛应用，起 到了一定的推动作用。 1 3 课题研究内容及安排 本论文主要研究电脑针织横机机头改进与故障诊断，针对电脑针织横机在生产编 织过程中存在的问题，采用短距离无线通信技术，在保证电脑针织横机控制器到横机 机头的数据传输速率和数据传输可靠性的前提下，从系统方案设计和无线链路可靠性 算法等方面，进行研究，将“有绳”机头改进为“无绳”机头；并根据生产编织的实 际需求，研究并设计基于模糊数学和节约覆盖集理论模型的电脑针织横机故障诊断专 家系统。 图1 - 1 本论文内容总体结构图 本论文内容总体结构如图卜1 ，具体章节内容安排如下： 第二章：电脑针织横机的结构原理及改进。分析了电脑针织横机结构原理和控制 信息，针对电脑针织横机在生产编织过程中存在的问题，构思了电脑针织横机有绳机 头的改进，采用短距离无线通信技术替代横机控制器和横机机头之间有线电缆连接， 通过分析目前短距离无线通信技术的各自特点选用了蓝牙无线技术，将“有绳”机头 改进为“无绳”机头。 第三章：电脑针织横机机头改进方案研究与设计。本章主要设计了机头改进方案 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 接口电路、无绳机头控制模块、电脑针织横机蓝牙无线通信系统模块的软件方案和横 机机头关键控篱| l 模块的软件方案。首先，分析电脑针织横机有绳机头改进需求，然后， 根据设计需求选用带u s b 接口的蓝牙芯片r o k l 0 1 0 0 7 和高处理速度的微控制器芯片 c y 7 c 6 1 3 ，设计了相关硬件接口电路和无绳机头硬件控制模块，盘予电脑针织横机 数据量大的特点，设计了c y 7 c 6 8 0 1 3 存储器扩展，并分析微控制器c y 7 c 6 8 0 1 3 扩展 电路的时序，以保证微控制器的惩常工作。最后，分析了电脑针织横机无绳机头蓝牙 模块的通信原理和横机无绳机头系统的总体工作流程，设计了无绳横机机头微控制器 的系统软件方案和无绳横机机头关键控制模块的软佟方案。 第四章：电脑针织横机无绳机头通信模块数据传输的可靠性研究。根据电脑针织 横机无绳机头对无线链路模块的可靠性要求，引入l s h ( l i n k - s t a t e 。h i s t o r y ) 算法来 提高电脑针织横机无线通信模块的可靠性，分析了蓝牙跳频技术、选频内核原理和 l s h 算法，接着建立了l s h 算法应用于毫脑针织横机蓝矛无线传输模块的通信链路 的跳频调度模型。大多数文献应用该算法来提高数据数无线传输的可靠性时，都没有 对该算法阙值的取值进行进行定量分析，在应用时仅仅给定算法阂值的假设值。然而， 只有符合实际情况的算法阈值才能让l s h 算法的应用达到最优化的可靠性效果，反 之，l s h 算法将会表现出失效性，所以将l s h 算法应用于电脑针织横枫无绳传输模 块时，需要根据电脑针织横机无绳传输环境定量分析出具体的l s h 算法阈值的大小。 本章就主要针对这点，根据m a r k o v 过程的信道模型，深入地进行磷究，最终给出了 该算法应用于电脑针织横机的具体阈值并通过仿真证实理论推导的正确性，能很大程 度提高电脑针织横机蓝牙无线传输模块数据传输的可靠性。 第五章：电脑针织横机故障诊断专家系统研究。研究并设计了基于模糊数学和节 约覆盖集理论模型的电脑针织横机故障诊断专家系统。重点研究设计了电脑针织横机 故障诊断系统专家知识库。在推理机制的研究中，分析了故障诊断问题的数学模型， 基于此模型，将诊断问题用集合论的形式定义为一个四元组，根据覆盖集理论及其节 约原则，提出了电脑针织横机故障诊断问题的解( 故障原因集合) 就是满足某种节约 原则的已知故障现象集合的覆盖集的理论。并采用最大似然值原则求磁故障原因集合 的最佳解。此后又引入了模糊数学思想，将模糊度和可信度引入节约覆盖集理论中， 并对诊断问题作了重新定义为五元组。在此五元组的基础上研究了改进型概率模型的 求解算法，该算法使诊断难确率大大提高。最后，论文根据以上的研究设计了电脑针 6 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 织横机故障诊断专家系统，此诊断系统有很高的诊断正确率。 第六章：总结与展望。总结全文，给出本论文研究工作的主要结论并对下一步工 作进行展望。 本论文在2 0 0 7 年1 2 月的纺织工程学会学术年会上做了相关报告，获得了各位专 家的一致认可。 7 i u 脯针织横机机* 改m l 赦w 镕的研究 第二章电脑针织横机结构原理及改进 21 电脑针织横机的结构原理 电脑针织横机的工作原理：所有与编织有关的动作( 如选针、三角变换、密度 调节、导纱、针床横移等) 都是由预先编制的程序，通过电脑控制器向各执行元件( 电 动机、电子选针器、电磁铁等) 发出动作信号，去驱动有关机构与机件而实现编纵过 程。 211 电脑针织横机的主要结构 电脑针纵横机的主要结构如图2 1 所示。它主要包括如图的8 个部分：主控制箱、 操作面板、纱架、横机机头、针床、走梭轨道、牵拉杆、底架。1 。率小* 根据如图2 1 所示的标号对各部分结构的功能进行说明。 削2i 电脑横机示意吲 1 ：卡控制精，包括l 化p c 机的1 ，电路板和倒服电机的驱动扳等。控制精。p 的存 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 储器和控制c p u 分别存储已输入的程序和根据输入的程序对机器进行控制，以及对 各种反馈信号进行处理，它是控制部分的核心。 2 ：操作面板，包括显示器和键盘。用于实时显示控制参数或用来通过键盘对编 织程序和编织数据进行修改，是人机交互的窗口。 3 ：纱架，用于纱线的导入。 4 ：横机机头，是整个横机最复杂，包括了最多控制机构也是直接控制编织的机 构，可以说是横机的心脏，也是本论文“无绳控制”研究的主要对象，它主要包括导纱 机构，三角机构，编织选针机构，密度控制结构和信号检测机构。 5 ：针床，机头在针床上往复运动通过选针和其自身横移来完成织物编织。 6 ：走梭轨道，用于引导导纱器和纱嘴。 7 ：牵拉杆。 8 ：底架。 2 1 2 电脑针织横机的控制结构 图2 2 中工控p c 机是电脑针织横机控制结构的核心，由花型系统准备好的花型 数据( 程序) 存入闪存，工控机c p u 再根据存储器内的程序对机器进行控制，以及 对横机机头各种反馈信号进行处理。根据论文的研究需求，本节简单介绍电脑针织横 j 机的控制机构、横机机床的内部结构和电脑横机机头的内部结构。为了说明方便，把 电脑横机实物图抽象成如图2 2 所示的示意图，总共三大部分：控制核心( 工控p c 机) 、横机机床、横机机头。 9 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 图2 - 2 电脑针织横机结构示意图 ( 1 ) 控制机构 电脑针织横机的控制机构( 工控p c 机) 包括了电控箱、显示器、键盘以及各种 监控和检测元件。其中电控箱里的c p u 是核心部分，控制机构主要功能是进行程序 的输入、程序的存储和控制，程序的显示以及信号的反馈。 图2 2 中的花型准备系统是个独立的设计系统，又称电脑花型准备系统，在羊 毛衫生产中使用的电脑横机都有配备相应的花型准备系统，其功能是根据所要编织的 衣片信息生成电脑针织横机的控制代码。 总体的信息流程一般都可归纳如下：通过摄像输入或直接绘图取得花形图像，经 过花形准备系统处理后将其转换为花形数据文件( 选针数据、导纱数据、导纱控制数 据、三篇控制数据、密度调节数据) ，其中包括了花形信息和选针及其他控制数据， 通过信息载体，输入到工控p c 机。工控p c 机根据现场信息( 行同步信号和针同步 信号) 对花形数据进行实时处理，然后转换成控制信号输出给横机枫头和机床的各个 子控制模块并驱动对应的执行元件( 电动机、电子选针器、电磁铁等) ，并对检测装 置的反馈信号进行处理，从而完成整个控制任务。 机器的监视系统一般由彩色和黑白显示器、液晶显示器等方式，对程序的输入、 修改、检查以及机器的编织过程进行监视骆1 。机器麴控制系统除了可以对机器进行控 1 0 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 制之外，本身还可以通过机器上的键盘直接编制程序以及对已经编制好的程序进行修 改。 ( 2 ) 横机机床内部结构 1 机头电机的作用( 机头传动装置) ：电脑针织横机编织过程主要靠机头的往复 运动来实现，由于针床长度较长，机头动程较大，需要机头电机来保持传动平稳性， 同时为了提高效率和扩大花型可能性，要求电脑横机的机头动程能随编织宽度的变化 进行改变，并可有计算机编程控制。传动机构示意图如下h 1 ，图2 3 ： 机头 图2 - 3 机头传动机构示意图 由图可见，交流伺服电机通过皮带传动，使伺服电机的转动化为机头沿导轨表面 与针床平行的直线往复运动。机头运动的速度、行程、起始位置及方向均由控制系统 控制伺服电机予以实现。 2 针床横移装置：电脑横机的针床横移现在一般都采用步进电机来完成，以满足 其对针床横移微调精度的要求。电脑横机在运行过程中，根据衣片组织的不同需要， 必须不断地通过改变针板位置来获得前后织针的正确位置，以保证各种织针动作顺利 完成，所以针床横移位置定位精度要求比较高，如果针板的位置精度得不到保证，会 直接导致织针被打掉。 针床横移装置的简单分类嘲：根据移动的目的，针床横移可分为主横移和移圈横 移。主横移一般指为花色织物的编织而进行的横移动作，如波纹组织、扭花组织等所 要求的针床横移。移圈横移一般是指针床由编织位置移到移圈位置或移回来，即由针 槽相错改为针槽相对或由针槽相对改为相错。 根据横移的距离又可分为整针横移、半针横移或四分之一针横移。整针横移不改 变前后针槽的配置关系，如原来相错现在仍相错，原来相对仍相对，只是针与针的对 应关系发生了变化，一般用于花色组织的编织；而半针横移则改变了针槽的配置，即 由相对该为相错或反之。它一般用于由正常编织位置移到移圈位置或由移圈位置移回 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 来的情况。四分之一针横移可以产生一种既可以编织又可移圈的针槽配置，在这种位 置时，可以在一路移圈，其余路编织，提高了机器的效率；或在移圈后不再移动赞床 即可进行编织，减少了移针次数。 针床横移的数据流程为工控p c 枫的控制数据经过城 模块、步进电杌驱动器、 移床步进电机、滚珠丝杆来控制针床的横移，然后通过滚珠丝杆的末端装有编码器， 机床信号检测瓣编码器的信号进行处理盖反馈给控制其，通过半闭环控制保证步进电 机不会失步。 3 罗拉装置：在普通横机上，一般都是由重锤进行牵拉；丽在电脑横机上，为了 使编织连续自动进行，织物牵拉主要靠罗拉( 牵拉滚筒) 来完成。程序更具机头编织 速度的快慢，线条的粗缨和编织密度来调整罗拉量。罗拉量太多会使衣片太紧，导致 织针变形，拉断线条导致编织中断。 ( 3 ) 横机帆头的内部结构 如图2 2 的横机机头的内部机构主要包括给纱装置、选针控制装置、三角装置、 密度调节装置和规头检测装置等嘲；枧头肉部布局示意图，图2 4 ，上下两半对称， 是横机机头的编制系统；机头内部电磁铁、步进电机、密度检测和传感器分布在机头 内部结构斡各个区域，英统计情况，见表2 1 。 1 2 电脑针织攒机机头改进与故障跨* 的研究 幽2 4 机头内部局部示意图 1 给纱装置：主要功能是纱线从线简上退绕后，经导纱、张力及断纱自停装置， 最后由导纱器把纱线准确地喂到舌针钩里。在电脑横机上，为了适应多种组织花色， 多个编织系统及合、分机头的需要。一般要在多根双面导纱器导轨上安放数个导纱器。 一般采用四根双面导轨，安放1 6 只导纱器，如图2 5 所示。 蔼 ：言l蠼 霉 臻萤张訇舅 辣参 _ c 1 一舀： ：， 孵国 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 霭2 - 5 导纱器及导鞔 2 选针控制装置：选针的目的是使织针按照编制要求在某些位置编织，某些位 置不编织，邸控制针床上的针哪些参与编织，哪些不参与编织，从而形成要求的花色。 在电脑针织横机的选针控制上，选针控制原理同普通针织横机是一样的，将不参加工 作的针嚣入针床垂订3 。 电脑横机选针装置的选针动作是通过选针控制装置内的选针器来完成的，当机头 每行进一针，都由控制器给出信号，控制选针器选针，选针要求准确、迅速，不能出 现漏选和错选情况。 3 三角装嚣：其功熊是，决定了走针的轨迹，即花形。在电脑针织横机上，为了 能编织出各种不同的针织物组织，其三角结构中除了固定三角外，还有部分活络三角， 这些活络三角受电脑信号控制，配合选针使每个系统都独立的具有以下功能：可在前 后针床或两个针床上同时选择编织集圈、成圈或浮线；可从前针床向后针床移圈、也 可从后针床向前针床移圈或两个方向同时移匿。 4 密度调节装置：调节编织过程中每一圈的线圈松紧度，决定了编织后的衣物松 紧度。横机上织物横向蠢枫号决定，纵向密度通过控制密度三角深度调节。在电脑横 机的机头内，每个三角系统都装有四个独立控制的与密度三角相联的步进电机。由计 算机控制步进电视，再由步进电机带动连杆上的凹糙凸轮，带动固定予连杆上的磙子， 从而控制密度三角上下移动，从而得到不同线圈大小的密度。生产不同品种时，工艺 上会对密度提如不同要求。 1 4 电脑针织横机机头改进与故障诊断的研究 表2 - 1 机头控制i o 部件 i o 前后数量名称 端口点数 移圈三角电磁铁 aa 1a 2a 3a 44 双线圈三线 接圈压片( 摆动) 电磁铁 bb 1b 2b 3b 44 双线圈三线 集圈压片( 摆动) 电磁铁 cc 1 c 2c 3c 44 双线圈三线 接圈压片( 摆动) e g 磁铁 dd 1d 2d 3d 44 双线圈三线 翻针压片( 进出) 电磁铁 ee 1e 2e 3e 44 双线圈三线 翻针压片( 进出) 电磁铁 ff 1f 2f 3f 44 双线圈三线 电磁铁 合计 2 44 8 双线圈三线2 4 v 3 a 1 h 11 h 21 m1