（纺织工程专业论文）梳棉机混合环自调匀整设计与研究.pdf

青| 人学坝i 论史 摘要 纱线的不匀率程度，直接关系到纱线晶级的商低，闸时也瓯接影响纠；l ；l | j 戊- 铺 的质量。而纱线的不匀，尤其是 片段的不匀，主要是“| 于纺纱l j 口道：j 巾纱条 不匀所造成的。因此，如何最大眼度地降低纱条的不匀，。直是纺织一i ：业所近切 研究的问题。 本文主要研究和设计了清梳联梳棉机自调匀整系统，在当今纺钐 机械发眨趋 势中，清梳联是一个必然过程，丽自调匀整系统在清梳联中有着重要的作j 玑为 了达到较好的匀整效果，本系统采用了三点检测和两点控锚的混合环控制，它综 合了- 丌环与闭环的优点。克服了各自的不足，既能保持较好的匀鹈效裂，义能f l 动修t f 各种波动所造成的偏差，是比较适合梳棉机后生条匀整晌。 本系统和其他自凋匀整不同的是把给棉箱的检测币u 控制纳入整个系统之i | i 。 这样能够较好的控制长片段不匀，在控制方面，使用了变频电机拖动。 为了得到精确的信号，本系统使用的传感器都是数字传感器，把物胖髓龃接 转化为数字量。在筵棉厚度检测方面，系统从可靠性和精确性考虑采j f ji i | i o 个 弹簧片组成的给槔板馀测棉层厚度，这样可以得到筵端厚度的精确反映。这些数 字信号通过r s 4 8 5 通信都传给控制器 在控制系统的选择上，采用了较为流行的p l c 控制，使用了一个通用性和 实施性都比较好的三菱公司f x 系列p l c ，可以采用上位机在w i n d o w s 卜编 程，有着很好的易用性，在响应速度i 二，出于内部有高速浮点计算器，此机删响 应速度很快，可以满足梳棉机的匀整要求。 控制方法方丽本设计没有选用较为成熟的p i d 控制，而是使川了榄糊控 制技术，模糊控制实质上是种非线性控制，从聪于智能控制的范啮。儆糊羟捌 是一种基于规则的控制。它直接采f j 语高鼎控制舰则， 1 j 发点魁脱场操作人次的 控制经验或相关专家的知识存设计i f j 不需要建澎被控对象的精确数学模，魁， q l 而使得控制机理和策略易丁接受0 雕解，殴汁简单。便j ：应川。布：梳拂机一j ， f 落编率和其他未知渊索的影响使得臣得剑一。个较为精确的纷制放卡蚝j 诬l 分 n 勺闻雄，l n j f 拿统的p i d 挖制幸r 惯性滞后的影响，i q 此，使川榄捌榨制埘小系统 足l 分合适的。 通过对；冉梳联锍批帆l i 匀特点的分析，卡u i | l 擞枷i 榨圳，j j 法i i r 以孔旧j 系训 的i ft h e n 摸糊沿。将传感器洲褂的佑0 f 5 ：| 捌化后，经过返此i l i ；, j f l i 成的 模糊扶策拧制搿 处雕衍，i _ f 经过上梭棚化过f - | f 逊给娈频器，i | i 变频： ： 栉圳盱彬 娈蛳i 也h 【政芝矽t 硼0 4 迎，桫、i ( t l 醴川二j 骼坝，纛的i l 的 为j 钳此1 1 州：j 黪不筑蛆l l ! l | 谴代们扎1 “l 、n ”- f - 们：- ；i m u l i n k l ：s j i q i - 9 1 1 11 1 ( 、r 均麓1 ：匀j 红) 和c v 良，j ：，化数妣 1 r t l 多i | jf i f c l ii - 篾系 ( 7 = 1 2 5 h ( 2 一i7j 日2 测；i k 慢“5 m 、1 0 i n ，2 0 i n 霄，i l lj2 0i l l 中袈一_ = f ji i i 们一名i ； - - 41 。5 f ，二i i i n 乃! 5i i i 乏h i “ t l , ：铂川：i l 一川【j i r f“r 、t ”j 川 青岛人学鳓f ：f e 芷 2 2 2 卷喂和清梳联生条重量不匀率特点 与并条机的熟条相比，二卜条4 i 匀七要是长片段j 超长片段小匀。而j i ：条帆 于有井合作坩，可以在一。定艇腹，i ：减少长j l i 段小匀问题暑耍集中在矩”段i ： 并合作用的原理为： r i c v ：坐坠：皂：华( 2 邶) “q n 、j v n 式中：未并合i i 的均方差。 随着清梳联技术的大量使用，我们可以看出，清梳联后生条与传统梳稚机也 有所不删。从卜表町以看出，清梳联5 米生条不匀率比卷喂好，但是成纱支数小 匀却比清梳联的要羞，这就既明了清梳联超长片段不匀率羞，平均重量偏篪人的 问题。 表2 1 卷喂生条与清梳联生条不匀的对比 指标 生条5 m 不匀1 7 均值 率( h )次数 细纱重鼙不平均值 匀率( )次数 卷喂生条消梳蛾生条 4 6 0 5 3 ，8 3 7 1 8 84 4 1 i9 12 1 6 1 6 21 4 8 清梳联生条不匀的特点足： ( 1 ) 中、短片段不匀牢比卷喂生条好。 ( 2 ) 超长片段比卷喂尘条麓，且甲均重量偏差大。 ( 3 ) 两者的不匀结构在片断长度为l 处有一个临界点，当片断长度小j ：l 时，清梳联生条不匀比卷喂生条好，在片断k 度火于l 时则取l 反，其l | j 片断长 度l 与棉箱结构有关。 造成这样的原川楚： ( i ) 淘；太了成卷机，火上了人。+ 调1 7 装胃的控制。 ( 2 ) 失去了人1 ：对缳个卷的称巫过磅l l f l ，这对超k ”段的托制址心苦仃 敬的， ( 3 ) 取消了粕奄的”：仃成延时突义， f = 台作川。 4 ) ；，i 梳联幼受乍) “：l t 桀唑粜的影响t 纽l 味棉j j i i l 、泓发f n 变化i i | j # i ； 【 台棉阜f i 状态硬运转稳定_ p t v 笾、 j i f 跏机的f 台，输粕竹j 煎f f ( j 7e 流殷j l 擞柞斩内爪，j n l 7 贬化毪采) 。效他消梳q t 超【：”段：匀誓( 确州胁m ，川j 小f f l i 缮l l 性乍箱 f | l 池 ；i _ h t fj i l r ! “ ；f ij 乏二弘 ： j 比h f l i l 目1 l ! j i 诈帕j i ij j | ) ：、m ；：，z ：i ：i i ? ；， f l ：i i if 。i 岂l ，j 一，押，l ! ”、 ：i l i i 呐- f 1 秒it f i f i il 。 屯晰；”l j 1 、旷i j ：j j | i ：! j ；1 ：! ： ：j j l 17 i 莨0 i 第章臼调匀整j ! i ! 论模型矬一 第三节清梳联梳棉机输入输出模型建立 2 3 1 梳棉机的数学模型 报掘梳棉机的特点可以得到如下工艺参数： 毛。、 ，。为单位时间输入输出纤维质量，根据输入输出质疑l ：i l 等的原娌， 可以知道 膨m ( 1 一占) = 乙，+ m ， ( 2 1 9 ) 其中s 为梳棉机的落棉率，吖。为梳棉机内纤维含量。式2 1 9 就是梳棉f ：艺的坫 本方程，也是自调匀整数学模型的基本方程。对此式两端对时间求导，纽似- 改落 棉率为常数的情况下，可以得到： 些盟( 1 埘：坐掣二掣( 2 - 2 0 ) d ld ld t ， 在非丌机关机状态下，梳棉机内保有纤维的含量是一定的，即 塑：0 ( 2 - 2 1 ) 讲 我们可以得到以下关系式 氅盟；丝地上( 2 - 2 2 ) 加d t ( 1 一占1 由此式可以看出，输入棉层的变化，直接影响剑生条的质量变化，它们的父系足 一阶线性的。如果把输入输出的线速度设为，线密度设为 0 、m ， 则可以得到： 。( ，j ( i g ) 虬，c t ) = ，( ，) 。( ，j ( 2 - 2 3 ) 2 , 3 2 数学模型的分析 f l 酬匀整的h 的就是安使褂。，) 为一个我们改建的常数n ，我f f j - ，j 以托 制的i i 鼗j 2 = 吃 ，) 、l ：。，。t i f 挎制舰 l t t 叮以得知； 圯，= 嵩尚 ：吱如7 i - j 二 ，f k “j 址f 心斜e l l i l i m i l j 1 j 线衔j 生| 1 0 乏化 帔j - ! 犏人 f i ! 川。f 4 椰铺套。们川 f i ， ， ，l - 、 图2 1 樨层厚度与输出速度的关系圈z 2 褐条截葱积与速度之润的笑系 以一l - _ 分析都基本是都是存落棉率占为一定值的雉础卜的，并i ：t 假定棉联密 度和棉条密度是定的，这些都足比较理怨的条件，而在实际生产：t | j 耍复杂得 多，并且这些细小的差别能够造成系统出现很人的差别。另外，梳 j l ；机【j | r 锥 伸比较大，同时保有纤维量较多，有较大的滞后现象。 通过以上的分析，我们可以看出要达到良好的匀整效果，需要有两点榆测， 分别匀整。喂入部分是一个丌环，作用就是使得喂入部分尽可能的均匀喂入， 存出条e 再作一个榆测，形成混合环，不f f t 可以匀整长片段不匀，艇l l i 仃 了反馈，系统中的一些误差和突变可以得到及时的弥补。 第四节模糊模型的建立 2 4 i 模糊控制简介 ， 模糊逻辑控制( f u z z yl o g i cc o n t r 0 1 ) 简称模糊控i t l l l ( f u z z yc o n t r 0 1 ) ，n 足以模糊 集合论、模糊语言变量和模 ；l i i 逻辑推理为基础的一敢一计算机数字挖制技术。1 9 6 5 年，美国的l a z a d e h 创菹了模糊集合沧；1 9 7 3 年他给： j 了模糊逻秘 控制的定义 和相关的定旦 ! 。1 9 7 4 年，英因的e h m a m d a n i 茸先l h 模糊控制语们缬戊坎糊挎 制器，并把它戍用，f 锅炉和燕汽机的拧制，缸实验审获缁成功。这。j l ：h i p l - l qi 。 f ；杯忠肴模移j 羟制论的诞7 t 。 模湖榨制实质f ：足种m 线住榨捌，从槭j ：智能羟捌的托峙。模糊 锄i j l l 0 。 人特点址既， 订系统化的理论，义f j 荇人b 实断心川7 f 技。枷挖拎：| j l j 的坫小心魁 址利j f j i 诈l i 柬实现人f n 挣：洲纷验，l n j 返u ! 纤验彩址川谱。i 农达们j 【仃午”1 楸瑚 悱的托j 制舰则。模枷栉；洲器( f u z z yc o n t r o l l e r 圳f c ) 扶甜ii 人成j j 的；蛭昧l 川n ： j 它j i 仃受卜砖突特点： f 址裥 审捌j l ! ：。种，t ：j 。m 删f 门j 分删，。0 “十萎啄i ，i 掣“。；i j i jj 帷d 州 心，i 址眦 场 棼 1 九l ，! 群j 。：；：辆乡t 鬈；：弋辆 蠢 j 确! j 硝i ：f ， i 鼍i l ， ， 、； j 1 垮瞳，7p z 审 l 啄f j ，j 辛f j f i ，l j 镀7 ：。抄，铲、川瞳r ”。：j l 邶 舶_ j 。i t ，乏l l j | 1 7 畦i l f ”川f j i j i i l 札i l i l i ， 弋 一65432- 10l2345 6 p b 0 0 0 00 0 0000 10 40 81 0 p m000000000 20 71 0i ) 70 2 p s0000 00 00 91 00 70 200 ( j0 00000 ，5i 00 50000l j n s000 20 7i 00 9000000 0 n mf ) 20 ，71 f ) 0 7 1 2 f i ( o0l0 f i i 一型l 上i 生j ! 曼j 盐j - 雏州茚p l c 程序改计 表4 5 模糊变量u 的隶属度赋值表 ， _ 6 5 4 32- 1 0i 23456 p b 0 00 0 0 0000 0 10 40 8l ，o p m000000000 20 71 00 70 2 p s00 0 0 0 0 0 0 9 i 00 70 ，200 oo o 0 0 00 51 o0 500000 n sooo 2o 71 o 0 9 00 0 00 00 n m0 20 71 oo 7o 2oo0o000 0 ，根据表4 3 的模糊控制规则表和各个模糊量的隶属度表刚条件语句我们计 算出控制量，由第一条语句所确定的关系可以用式( 4 1 ) 写出，即： r = 【( 慨+ n m ，) 璃】【( b h + n m 。) 饿】 ( 4 - 2 ) 如粜令此刻采样的实际误差鼓为e t 4 炭差变化为e c ，由式= e o r ，对- j 二e 及e c 的隶属函数值对应于所量化的等级上取l ，其余的都取零值，这样( 4 2 ) 可以简化为； u j = m i n m a x u n b e ( i ) ；l a n m 。( i ) l ；m a x p ，( i ) ；t n m h ( ) l ；n e 玩( x ) ( 4 - 3 ) 式中i t n b 。( i ) 、i t n m 。( ，) 是模糊集合 峨、n m 。第i 个元豢( 蝎i 令溯艟褂剑的 误差为第i 个等级) 的隶属度，茄i u u s , 。( ) 、i t n m h ( ) 足模糊集合，、 n m 。第j 个元素( 即令测量到的误茇变化为第j 个等级) 的求属叟。 j f j 同样的方法，可以山其它符 f ，j j 分别求出控制艟地，l f ，一l f 控制j 硅为 模糊集合u ，撤据f ；剐的i 和j j 以矩 j 控制皱，制成：! ( i lf 友格 表4 6 模糊控制表 - 6 5 q 一3 210 l23 4 5 6 6 7676 7774 4 2000 5，6666666442( )0 47676777442( 100 。- 76“6“6320111 1 il4 5 4，li11 爵硒j 、学诹l 论文 1 l44454 4100 03 2一l ， ： 0 i4445il0- i- l一1- 4 - 4- 4 ： 0 i444 51l0- 1- i- 1- 4 - 4 - 4 j 1 i 222200- i - 4- 4 - 3 - 4- 44 ： 2li2 1203- 4 - 4- 4 344- 4 ： 3 1 0000 33 - 666 - 6 66 6 - 4100 0- 2- 4- 4- 77- 7- 676- 7 f 5 1 0002- 4- 46666 66- 6 l _ 6 1 000- 24 - 4 7 - 7 7 6 767 这些控制量是模糊值，在传输到变频器之静，要将他们去模糊化，得到精确 量，转化过程用最大隶属度判决法。 根据表4 6 我们可以确定根据弹簧片位移，来控制给棉岁拉的转速，似匙为 了修讵环境或其它原因造成的偏差，我们要通过阶梯罗拉检测输出值来修i 二模糊 控制，组成一个自适应的模糊控制器。 对实际输出特性( 棉条不匀引起的给棉罗拉位移) 与希望特性的偏离进行采 样，分别为e ( n t ) 和e ( n t ) ，我们计算出对输出特性所需求的效i f 鼍p ( n t ) 。制 成一。个根掘输出性能效讵表。 表4 7 输出特性效正表 e ( n t ) 654 32- 101 2 3456 e ( n t ) 600 00006666666 5ooo2236666666 400024 5 666 66 66 3ooo223444 455 6 200 00002223456 100 0，0001ll2345 o o000 00000i234 o0o0i00000一1234 l ( jo0f jf j ( j 1i1一二3 - 4 5 1 ( i1 10“i t i i 22- 2345一r 一 ， “- 2。二 ； ，4，44- 4，5一卜 j 编叫常p l c 程序设计 4000 2 456 6 6 66- 66 5o00 - 2 23 6- 6- 666- 66 600 0000 - - 6 6 - 6 6 - 6 6 - 6 以上是根掘输出量的效正量经过栉7 采样时i 日j 后，片j 此趟对控制进 j 二修i n 使系统朝着期单的方向变化。输入变化挎制与输出变化柠制的关系如f ： 、 r ( n t ) = k p ( n r ) ( 4 - 4 ) 在同样的采样时l 日j 卜，系数k 是输入量控制值与输出量控制值的比。( 通过试验 测量得出) 。 根据计算出的模糊控制表和效币表( 棉箱给棉罗拉也可以用嗣样的疗法计算 得出) ，我们可以用梯形图编程，存入p l c 的内存中，具体程序见附录l 。 第三节r s 4 8 5 通信与变频器控制 在本系统中，拖动的电机都是变频电机，这就需要p l c 对变频器发 l 信号， 进而控制异步电动机的变速。在1 j 业自动化控制系统中，有多种多样的p 【，c 控 制变频器的方法，其中采用r s 4 8 5 通i 轧方式实施控制的方案得到，“泛的应蚪j ： 因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。r s 4 8 5 是荧姆电子 工业协会e i a ( e l e c t r o n i ci n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 制定的一种串行物理接1 1 标准， r s 是英文“推荐标准”的缩写，4 8 5 为标识号。 使用f x 2 n 4 s m t 与变频器( 三菱f 7 0 0 系列) 连接j i f - 常发便，j 镒扯p l c 主机上安装一块r s 4 8 5 通讯板( f x 2 n 4 8 5 b d ) 并在p l c 的面板下嵌入块 f x 2 n r o m e l 功能扩展存储盒，编写4 条极其简单的p l c 梯形阁指令，u p 叮 实现2 台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，通讯距离l i r 达5 0 m 。 i 嵌 ! 北2i l ，c 迄 i 嚣3 妮j 1 4 h t t j4 t l h 卅o lj ，i j tl 之n4 8 ；姑j 1 i ，i ： i i i ：i ，；j l ! 。，07 i i i j 肯岛人掌坝l ：论史 图4 2f x 2 n - - 4 5 5 b d 通讯板外形图图4 j 三菱变频器p i l l 插口外形 按照围4 2 、4 3 将蹦线专j i ，在接镪将咆缆的头鹣r j 4 5 水黼头逃 嘲i 接； 另头连接f x 2 n 4 8 5 b d 通讯模板。朱使用的2 个p 5 s 端头f i 接。描j i ：p l ，c 卜 机左边的面板盖，将f x 2 n 一4 8 5 b d 通讯模板和f x 2 n r o m e l 功能扩胜存储；： ； 安装后盏上面板。将i u 4 5 电缆分别连接变频器的p u 口。网络木端变频； ； 的接 受信号端r d a 、r d b 之阿连接只i o o q 终端电阻，以消除由于信譬传送速度、 传递距离等原因，有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。 为了正确地建立通讯，必须在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通 讯速率”、“停止位长得。长”、“奇偶校验”等等。变频器内的p r l l 7 p r 1 2 4 参数 于设置通讯参数。如表4 8 所示。参数设定完成后，通过p l c 稃序设定指令代码、 数据和丌始通讯，允许各种类型的操作和监视。 表4 8 交频器项目设定与指令代码( 韶分) 项目指令代码说明数掘位数 输出频率速度监视h o f h 0 0 0 0 h f f f f ；输出频率；最小单何o 0 l h z 4 位 输山电流监视h 7 0h 0 0 0 0 ，h f f f f ；输出电流；照小单何0 o i a4 俄 输i u 电琢巯视 h 7 l 1 4 0 0 0 0 - h f f f f ：输m 电睐：最小堆忙0 ，o l v4 忙 h 0 2 ：i l 二转b 0 ： p l c 与变频器之自j 采用事从力式进行通 ，p l c 为 ：机，变频器为从机。 系统巾只有台主机，主机通过