（机械电子工程专业论文）基于伺服控制的剑杆织机送经及卷取机构的研究.pdf

lj ：川1 j | 纷：】0 剑 i 纵 = l 【j 王纾儿芷呲l j j i c c 全文摘要 v 互0 7 9 7 0 随? i i u i u1 二技术、微i uj ，披术支拧： i | j jr l l 论的发眨，1 【i j 服扳j 系统r l ：f 。1 q i ， r 刊 j 鼬泛的应川。j i - 婴特l i 址h 仃“效： 、的j 姒一川。骱、良灯的j 乍制”。陀。 剑纵机 1 二为呻 适应讹i i l 2 骰f l ( j 厄梭弘i ，发腿，b 辨为瑚逃化、智能化、“，：蕾 一川多川性。把例j j l i 技术研究、应川卜m jj ：l i 7 j t4 9l l 佝卜喽机构部分送经及卷取机 缃j 士l j = ：i 际。：计 纵“l n 0 发聪，j 阳。本沦艾针刈送纶及卷j f z , l q l4 q 在适应剑杆纵机发眨 - 1 一抛 | | ，0 耍水，累川j m ；机术抛，： 剑朴d t4 7lj _ ! ；l l q y l c 、h 川 _ i _ i 服控制系统术改进送 纤之卷j f k t l t ；, , jn 1 化, 7 j 8 14 ，7 1 t i l l ，1i 0 0 7 拧制山j i 。i , i 。1 1 帧糊控制力法刷参数i j ： 定 力；j 、。f 小论艾扦i 1 2 , j 弈确j 盛如f ： 讹一l n l 州述了小沦丈f l ；j f i j i 。j e l q ，刈送终殳 d i k t ：lj 3 i l ：j 发j f 逊 ：丁：j 出， ，二 i 挺j i 。：j 俐ij j i 伞：| j | 系统的逆绛及卷耿j j 巾0 f ，- - i 刷s q j i i ：z - ：i ! ! 。 筑i 。i 介，“i ：g a 7 3 2 叫剑柑钐l 机n f 1 婴绌4 - j ，化此j # f i l l li ：刈j u 拧系统互l 什 趔仃j 殴汁i 。 鳓i 驻刈j ，q ：倒l l t j j j ；l i f l l t ：j 送经及卷墩机构进行研究水i 殴汁，介纠了儿体l 程 一t 中的1 二监lf 1 ：7 q f 张j s j l 矧j 0 。 讯川一，i 为m * f 几j 盖纶及卷l 仪j 句f 0 火f 矬问题l k j f ：i ；| j i u 题， f f j i ! “j 0 k ) jj ， m f j 拊和j j 参数r j 髓j 心魁! i l j 葵* wp i j ) i 矧“器的i 2 汁力“：，i ：n ：m a i l a bj i h 刈1 述托制器逃“了仍r 0 删究。 敲后，j ! ju 刈j ! r | 拧制f i ：jj z 经及卷呶帆掬的f j j ：究f i i 改“，刈胧 女术成 _ 缱p i d 托制 i 术化ln i i l | n ：j 膨川逊玎m 叫p 。 7。v 、，7 关键字：剑杉【，送经及卷取，f 司服j 夺制，摸糊 俐小参数t w 祭定 - - _ 一 一 v 。 、【| ，j ， a b s t r a c t v i t ht h ed e c l o po fc l e c u i c1 ) o e i e e c t l o i lt c c i n o l o g ) ，i nj c ll p e i e c t l o n i c sa n dc o l l l l e lt h e 0 1 ) 5 e l 、o c o i i d o ls 3 5 1 t ) i i ) h a s m a d ear a p i dp r o g r e s s i ae n g i n e e ) h l ga p p l i c a t i o nt h e m a h l l ) a i l se l t h i sa r e t h e d i s t i n g u i s h e de f l l c i e n c 3 e l d l i v c c a p a b i l i t 3 i l l l d e m i n e n tc o i i t l e lt h a i a c l e l i s t i c i l a v i n g t i l e r , h o n g e s la d a p t a b i l i b i ns h u l t l em e s sl o o m s t i l er a p i erl o o m sd e v e l o p m e n t a lt e n d e n c 3 i si - a p i d e r , l l l o ie i n l e l l i g e n l 1 l l o l c r e l i a b l ea n ds u i t a b l et oc o i l sl i i i i e l s + lh c a p p l i c a t i o n e l s e lv o i _ = o l l t l e l l e c h n o l o g , i nl e l o i l & t a k e u pm o t i o n w h i c hi s t i l el l l a h l p a t t s e l a j a p i e jl o o m i st h es t u d y i l le c t i o no na d v a n c e d1 0 0 1 1 1 5t h i sc l i s s m t a t i o nf o c u s e s0 1 1t h ed e n l a l k if o lt i l e l e l o i l t a k e u p m 1 1 0 1 1t oi l l i l l 2 l 】、i t l t l l ea d v i l l l c e d1 0 0 1 1 1 s i i p i o p o s c sa p p l y i n gi p c 、t oi i n p l o v c t h ec o n l l e lc a p a b i l i t yo fa i a p i e tl o o ma l l ss e lv o c o i l t l o is 3s t e i n i ot “1 、a l i c et e l 0 1 7 、t a k e 。u ) l l o l i o l l st r a n s n ij s s i o nha l s od e s i g n e da i i l z z ) c o n t r 0 1 ) l l e l l l o ( ia a d i t l 7 c o l l l l o lu l e l h o dh ) 7p a la l l l e l g ls e l l 二d e c i d e df o ls o m n gl e l l s i o nc o l l l l e lt h em a i ni d e a si ne v c i y c h a p t e ri s a sf o l l o 、s ： f i l ef i ls lc l l a p t c l e x p o t l n d st i l ep u lp o s eo f t h i sd i s s m r a t i o nm s t l ya n ds u l l l l l l a l i z e st i l el i t c l i l t l l e ：i b o t i tt h e i i c v e h l p l l l c l l l a b o u t l e l o f f & t a k e l i p m o t i o n sa r i e lt h a t ，t h er e s e a l + c h p l o p o s e d t h e a d a i l t a g e sa n dk e 3p o i n t se lt l l e n lb a s e do n s e l v o c o l l t le l 】1 h es c c o n dc h a p l e th i l l o d t l c e st h ei i l a i np a t l se l r g a 7 3 2r a p i ml o o m sa f t e lt h e n e l e c t l i e i l l a n dc l e c t l o n i ec i l l l t l e ls x 7 s t e mo l x 、e a v i n gm a c h i n ea n ds o f l w a t ei l led e s i g n e d m et h i r dc h a l i t e lf t n i s h e ss ( 1 l l l ef e s e a l - c h0 1 1 k 【- 0 1 7 & ( a k e l i p i l l o l i o n sb a s e do ns e lv o c o i i i i o f ( i l ll it h e n d e s i g n e d l h e l l l l l h e s p e c il l ca p p li c a t i o n i n e n g i n e e li n ga n d t e l l s o l lc o l l t lo ii l j ea l s o l i i i ( fl i c e ( 1 m cl 研小e b a r p t e l l i n i s h e s5 0 l l l ei e s e a l d 、o nf u z z bc o n t r o l l e r l lr l z z yp i dc o n t r o l l e rb a s et p a t t l l l l e l e ls o l f d e c i d e da n dt h e nu s i n gm a i 、l a bt oe l t l t l i a l el h e l l l a il a s t t h i s p a p e i s l i i i i l l l l l li z e st h em a i nf r u i t sa n dc o n c l u s i o na n d p t o s p e c l s t i l ei u r l i e 【i i 、or 、t ) c o i i i 1i 1 1 1 1 1 i dc o i l l l 0 1 k o i ( “：s e l 、i ) c o l l l l0 1 t i z z c o l l t 】_ 0 p i d c o n t l e l 】 a p i e t o o i l l p a t a l l l e l e ls e l l z d c c i d e d 型型些：型塑坐型堂! ! ! 型坐塑坐竺j 业土坚 致谢 二 “，找| _ , i 至l j 埘校攻改机械t l xrl 氍坝l j 。川i ，琊l1 子还j jj ，j l l l ， 晃 就j 叫了t i ；久离 芷1 7 j i i ；j 候。州i 削i i j l i , j 刎，小川n 勺感受，l ：变的足划母校利老师的脊 j 之t 1 1 r 。这? 年l t t ，川l l h f # 7 7 f i ；川k 人、产l j 。r l i t ，且述发胜，遥叭i 人h l - 、i 。 讥之后的竹j j ：，皓人心脯澎湃。 小沦丈址化导帅张一彬敦授和指导老州i4 7 艿肿j 教授的悉心指导下完成的，沦 殳的选题、；e 稿利峡验条什n 抛“i 离小外眄位甘帅r r , j | l r 导刷帮助，几其应该感谢 | ：j 址圩| j | j 张、? + 彬教授刈我的天一l 卟用i j - i i i i ；l ( ，既 禽r ，我| 【j _ j f ( 订】的、产爿要求4 ：i 圩学，义汁 拽“允址的个人。i 刊。h i ij ：我也例感谢 j 亍片老帅的l 2j ! j i l i j j ，。峡爿t 州讧的暇系， 川火的改衙资_ | = ：| 邮倾i ：t 1 。她的付。 z j 沦艾j 料t h 除了我l l j j 两位导! j i l j 以外，我还钓剑计时呜教授和j i 心e 老 帅的恶，l l 、? i l i i l 7 1 ，汁老师给了找n 论文纰钐川。的指导相i 父心，1 j 老帅给了我亿瞍什 i 生箭问题的i f , j j 心解答。 感洲| l l _ 】街灯友乍荣、乍岭、锬川抓、, ；i i f 7 、i 筠i i 7 j 曲! 、父，投文、扎j 火f i l l j 、i k 宏 ；0 引4 。i 雨1 帅舶9 i l i 姝们仡。j o 爿干，i i f l 3 t 给r 的帮助，灶他们帮我删决了碰剑的什 彩0 u 题硐i 川雕， 我要感测我的父坶4 = i j 妹妹，我的成绩离4 i f 山t i t , j l ij i i f ! l1 4 1 支持，找也缁感谢 我的川皮川建1 1 j ，足他的父一山和7 7 , l i di f ：我尤肝坝之忧。 肝，我丛感谢我n 0 业j ， 我的乍活充满她n o t j ： 印，没仃她的激m 剃支”， j e ： ；旭【驾：j k f f e 够i l i , j d e f j 充j 戊j k f q f i ! ；l1 + + 乎、l k 。 徐、，j 权 每岑年j ：】人 基：j ：划! i 控出i 曲剑虹组址送经盐盎班机拄幽i i ! f 盆 逝江】：业上兰一 第一章绪论 1 1 剑杆织机的发展趋势 在现代纺织工业中，用新型织机替代有梭织机是发展纺织工业的重要课题。 剑十r 织机作为无梭织机中适用性最强，使用最多的一种织机，占世界织机总数的 9 左右( 1 i 。它的价格比片梭织机低廉，适合于纺制中小批量，品种翻改频繁的花 色织物，容易满足当前灵活的市场需要，预计今后剑杆织机的销售数量还将继续 扩大。 近几年来，国际上剑杆织机的发展趋势可以概括为：高速化，智能化，商可 靠性和多用性，以适应纺织物小批量，多品种，高质量的需要1 2 】。其表现体现 在下列几个方面： ( 1 ) 计算机技术的应用：自动控制技术使织机的原动力技术有了根本的变化， 加l 步进电机、变频电机的应用，可使织机的速率在较大范围变化，以适应各种 纱线和织物的织造技术要求； ( 2 ) 送经卷取系统的改进：送经和卷取均为单独传动，并应用微电脑和电予 技术，可随时调整织机在运转过程中经纱的张力和纬密，确保织物的优质化： ( 3 ) 织造工艺技术的改进：新颖的原动力技术和计算机控制技术同样促进了 织造技术的进一步改进，例如受控的纬纱张力器的应用使引纬变成更积极的过程， 这样减少了纬纱的张力，使现代化的剑杆织造技术更适用于纤细、易损的纬纱； ( 4 ) 自动处理断纬技术：通过断纬自动处理装置，减少织机停台时间，提高 织造效率和速度。 当前，国外剑杆织机的机械速度和入纬率都在普遍提高，并大量采用机电一 体化技术，以“电”代“机”以简化机构，提高速度和可靠性。国外的高档剑秆 织机如范美德公司( v a m a t e x ) 的来拿多型( l e o n a r d o ) 剑杆织机入纬率高 达l1 8 5 m r a i n ，转速为7 0 0r m i n t 3 1 。 我国剑杆织机研究工作起步较晚，织机机电一体化产品量少面窄，总体设计 水平不高，特别是在自动化控制方面与国际先进水平还有相当大的差距，国内的 高档剑杆织机市场主要被国外织机占有。国产剑杆织机如何加强电子技术的应用， 提高产品质量和竞争力，降低劳动强度，提高劳动生产率，是国产织机的一个主 要问题和发展方向。目前，采用计算机控制，实现人机对话，完成各种控制功能， 是高档剑杆织机的标志和发展趋势。而送经卷取系统作为新型织机的通用性的运 动机构，对提高剑杆织机的织造速度和运转效率，改善织物质量，具有重要意义。 本论文吸收因外高档剑杆织机的先进技术，在杭州飞宇技术工程公司的f g a 7 3 2 基士埘雎控i f i ! | 曲剑枉织m 送经盎! 1 ) f 址拦l 曲础，豇一i i 丘主i 工乙l g l g 剑杆织机电控系统的基础上，以工业控制计算机取代可编程控制器，使织机工 作状念的堋整、监控及生产管理更为方便、高效。同时，用伺服控制电子送经和 卷耿系统取代原有的机械式机构，实现对织造过程中经纱张力的恒定控制和任意 精度的纬密，以进一步提高织物质量和织机速度，并有助于织机的监督，管理和 控制，提高自动化水平。 1 2 送经卷取系统的发展概况 1 2 1 送经卷取机构的作用和工艺要求 剑杆织机是一种将经纱与纬纱交织成织物的机器，它主要由开口机构、打纬 机构、引纬机构、送经和卷取机构等组成。在织造过程中，剑杆织机的为保证织 造生产的连续进行，就必须要不断地送出经纱与纬纱交织而形成织物；织物形成 后，必须不断地将这些织物引离织口并卷在夼辊上。以上完成经纱放出和织物卷 取的机构分别称为送经机构和卷取机构。口4 j 剑杆织机的送经机构可分为三部分：即经纱张力感测部分、感测信号处理和 调节部分和经纱放出部分。在织造过程中，经纱张力感测装置检测张力的大小， 反馈给信号处理部分，根据织物的实际需要控制经纱送出装置，送出合适的经纱 量。送经时，织轴转动放出经纱，从满轴到空轴的全过程中，送经机构都应能够 按敬计需要的长度送出经纱，以保证张力稳定，获得纬密均匀和布面平整的织物， 其送经量的调节，不仅要灵敏度高，调节范围大，而且最好能无级调节。 剑杆织机的卷取机构在织造过程中与送经机构协同工作，保证按时、定长地 将形成的单元织物引离织口，以获得工艺规定的纬密。其运动过程应保持卷取量 准确、恒定，纬密调节快捷简便，最好纬密能无级调节和在机可变的功能。 传统的剑杆织机为机械式送经卷取机构，它的经纱张力检测和张力自动调节 都是通过有关机件的运动来实现的。由于受机械零件的运动惯性影响，张力控制 和调节系统对经纱张力的动态响应较差，送经卷取机构不能十分及时，准确地对 经纱张力波动作出补偿。它的机械结构比较复杂，杆件、传动件多，调节灵敏度 低，容易产生零件磨损，机械故障和织物疵点。无法满足新型剑杆织机的高速度、 高质量、控制方便、可靠性好的要求。因而，用电机驱动的送经和卷取机构取代 机械机构已成为新型织机之必然。 1 2 2 电子送经卷取机构的驱动方式及特点 电子送经机构由经纱张力信号采集系统、信号处理和控制系统、织轴驱动装 霄三部分组成。在纺织过程中，经纱张力通过传感器将信号连续送给汁算机，汁 基士划心控划曲剑拄织姐送经丛盎皿土 l 型皿出2 【缸 浙z 工! 啦厶= 堂 算机控制送经电机的转动，张力信号与实际的经纱张力成正比，电机的转速与信 号成难比，经纱张力始终被稳定在设定的张力值，张力参数可通过计算机进行预 调，在停, h l m 寸经纱张力能够自动补偿，重新起动时，能立即恢复到预调的张力值， 并且，通过计算机控制，可以方便地实现与电子卷取机构同步协调，最大程度地 避免丌车痕，获得高质量的织物。与机械式相比，机构简化，控制精度高，对经 纱张力波动具有十分良好的响应特性，能迅速地对经纱张力进行自动调节。 目前电子送经的种类很多，按其驱动方式来分有步进电机式，直流电机丌关 式，交流电机丌关式，直流电机伺服式以及变频电机调速式等。现将目前常 心的3 t , 乖b 简述如下。 、交流电机开关式电子送经系统 该系统采用交流异步电机驱动织轴以达到送经的目的，山人工调节传感器位 置而设定上机张力，控制系统根据两个传感器及两个遮挡铁板的不同遮挡情况， 可判断出经纱张力的不同状态并使织机送经机构作出相应的动作。 fi 臣车 匮 图1 1 交流电机开关式电子送经系统 图】为该送经系统的控制原理图，该系统采用交流异步电机驱动织轴以达 到送经的目的，其上机张力由人工调节传感器位置而设定，当微型机感测到张力 传感器的状态而需要送出经纱时，通过可控硅双向开关控制送经电机的通电时间 的长短，从而确定送出经纱的长度，随之使上机弹性系统的张力降低，改变后梁 的受力大小和传感器的输出状态。 该系统可通过键盘直接控制，显示屏可显示送经机构的状态和各种有关送经 运动的运行信息，出于此种方式经纱为非连续式输出，部分地避免了机械惯性的 影响，故送经量调节的精确程度较差，经纱张力地变化属于有级调节，较合适中、 基士倒f i i i 控i i j f 曲垒 | 拄且灿送经世盎出圭【l 挞j 曲叫j f 逝江工! l k 厶坐 厚织物的纺制，在织机速度4 0 0 r m i n 以下时，能满足工艺要求，有较强实用性。 f 2 、进电机式电子送经系统 步进咆机式电予送经系统采用步进电机驱动送经轴以达到送经目的。送经控 制部分硬件方框图如图1 ，所示。与采用其它伺服装置组成的闭环系统比较，步 进电机结构简单，成本低廉，但在高速过程中可能产生失步现象从而使系统存在 议差，其控制精度相对较低。故适合中档剑杆织机的经纱卷取。 图1 2 步进电机式电子送经系统 f 孙变频调速式电子送经系统 变频调速式电子送经系统由送经控制部分的硬件，软件，变频器，变频电机 和机械传动装置等组成，可编程控制器是整个系统的核心。 本系统根据各路传感器的状态控制着送经电机，以便送经系统工作正常。町 编程控制器根据丌，关车信号使送经控制系统工作于丌，关两种状态。关车状态 卜i ，操作人员可用经纱张力调节按钮，控制系统根据所按按钮驱动送经电机正， 反转以调节经纱张力到适当值。开车状态下，张力传感器感应到张力值信号经滤 波放大送入a d 转换输入端，经a d 转换后可编程控制器与基准值作比较，当经 纱张力火于设定值时，可编程控制器加快变频器速度，反之，则减慢速度，通常 采用p i d 控制。 b 一 磊 医 鲨丝丝厶登l 一丸镰吨h 屯 器 id a 图13 变频调速式电子送经系统 丛士划 i | i 控出i 曲剑拄组灿送经及盎默越工丝j 曲础l 逝江l 4 已k 当! _ 一 ( 4 ) 伺服控制电子送经系统 伺服控制式系统能够实现精密的张力控制，能对经纱张力的变化作出迅速的 反应，并进, t 7 - 连续无级调节。该系统有直流伺服式和交流伺服式两种，从价格性 能比和使用维护难易来讲，近年来更多地采用了交流伺服式的电子送经系统。 图1 4 伺服控制电子送经系统 该系统控制采用二重负反馈闭环控制，第一反馈环为伺服放大器通过光点编 码器获得伺服电机的精确位置和速度，以速度控制和位霞控制等方式来达到高精 度控制要求的目的。第二反馈闭环为经纱张力控制：经纱张力传感器输出与全幅 经纱张力4 l t x i - 应的信号，并与预先设定的张力给定值进行比较，根据张力偏差调 节送经电机的启停或转速，保持经纱张力恒定。 电子卷取机构的纬密变化可通过计算机预选参数，其结构一般分为步进电机 系统和交流伺服电机系统两类，为更好地协调与送经机构的同步运作，通常选用 统一结构形式，即送经采用交流伺服，卷取也采用交流伺服。 与其它电子送经卷取机构相比，伺服控制电子送经卷取系统具有以下优点： 1 纱张力直接由键盘或其它输入设备设定； 7 服式电子送经机构由于配备了送经量检测和控制功能，可以对织机停车时 的送经量进行精确的调整和补偿，所以基本上消除了横档产生的可能： 1 伺服式电子送经机构作为闭环控制系统，可以根据经纱张力反馈和织轴转 动惯量实时控制伺服电机转速： 4 由于伺服式电子送经机构调节张力灵敏，精确，对张力波动具有十分良好 的响应特性，因此特别适宜于高速织机。； 5 卷取机构不需要变换齿轮，改变纬密十分方便； 6 纬密的变化是无级的，能准确地满足织物的纬密设计要求； 。士埘i i i 控制曲剑拄纽扭送经盎亘) f 丑上曲口业! | j 逮 扛二l 业厶：l 一 7 电子送经和电子卷取机构联动，有利于织口位置的调整，防止开车疏密痕 产生。 因此，采j 1 j 伺服电机驱动的电子送经和卷取机构能适应高速g , t f l 的要求，具有发 展和应h jf m 最。高速化，自动化，和织物小批量，高质量的要求，具有研究前景。 1 3 送经和卷取机构张力控制的特点和难点 电子送经和卷取机构就其卷绕过程而言是一动态时变过程，其张力控制水平将 直接影响织物质量，张力控制系统要求超调和滞延小，起动调节及时，张力波动 少。根据国际剑杆织机发展趋势和f g a 型剑杆织机的定位，具有高精度、快响 应的张力控制系统成为本论文的选择对象和研究方向。伺服控制系统作为闭环控 制系统，速度和位置控制及时、准确，尤其是交流伺服电机，它没有直流伺服电 机的电刷和换向器引起的弊病，而现代控制技术和电力电子器件的迅猛发展，尤 其是矢量控制技术的出现，使得交流伺服电机与直流电机的机械特性在一定程度 上达到了一致。而其结构简单，峰圈耐用，维护方便，价格相对低廉，因此，交 流伺服控制的送经和卷取机构已成为国际高档剑杆织机的丌发方向和目标。 当然，就伺服控制系统而言，其本身的内环反馈环节仍然无法完成张力闭环控制 的要求，通过张力传感器的张力负反馈，引入张力控制外环，采用实用可靠的控 制器，以满足张力动态调节无迟滞、小超调的要求，特别是对于入纬率接近 1 0 0 0 m m i n ，转速5 0 0 r r a i n 的剑杆织机来说，要达到这种良好的动态特性，必须 要求系统响应特别快，调节灵敏度高。但是，出于加工对象织物和织线受到张力 会产生较大的弹性变形，从而导致张力反馈信号的建立有很大的滞后使整个张力 控制系统的及时调节变得十分困难。 目前，在工业控制中用得较多的是p 1 d 技术( 2 ”，并取得了较多的理论和应用 成果。p i d 控制器具有原理简单、使用方便、适应性好、鲁棒性强等诸多优点， 但传统的p d 控制方式对于静态与动态性能之间的矛盾、鲁棒性与控制性能之间 的矛盾、跟踪设定值与抑制扰动之阳j 的矛盾等方面没有得到较好解决，通常采用 折中的方法来平衡各性能指标，从而影响了控制效果的进一步的提高。可以看出， 对于卷绕张力控制系统而言，常规的p i d 控制难以满足高精度、快响应的控制要 求，本论文引入模糊p 1 d 控制技术，利用其不依赖于系统模型和具体参数，控制 性能好的特点，以达到快速响应的目的。 1 4 本论文所完成的主要工作和意义 本论文在f g a 7 3 2 剑杆织机的基础上，针对国际上高档剑杆织机高速化、智 基土地雎控制曲剑拄纽机鹾经盎取粗扭曲! 盆出江工业丛盅二一 能化、商质量的发展趋势和客户应用要求，采取工业控制机作为上位机，对伺服 控制送经和卷取机构以及其它机构执行控制，并完成织机工作状态的调整、监控 和信息转移。而且，剑杆织机作为一紧密配合同时又具备模块化的纺织机械，通 过工控微机的应用，为其它机电一体化运动机构的升级、改进打下了基础。 剥于电子送经和卷取系统，本文采取国际先进的高档织机的设计思路，采用 了以伺服电机为执行电机，以张力传感器提供张力负反馈，构成了一个伺服电机 自身为内环，以张力为外环，通过工控机对预定值和反馈值的比较，完成控制功 能。 同时，在p i d 控制技术基础上，本论文引入智能控制策略中的模糊p i d 控制 方法，来设计和优化控制器，以加强控制性，加快其响应能力，提高织物的纺织 质量。最后，为验证控制方法的可行性，本文用m a t l a b 语言工具进行了张力 控制的仿真。 日自d ，固内的剑杆织机多数仍为机械式送经卷取机构，通过织机主轴带动来实 现纺织的f 办同工作，其生产效率和质量已远远无法满足高质量、高速度纺织生产 的要求。在国内用户中，高档剑杆织机的市场几乎被国外先进织机所占有，其主 要的送经和卷取机构也以发达国家的为主，本论文希望通过对伺服式电子送经及 卷取机构的研究在高档剑杆织机的国产化方面做一些有用的尝试。 一 型型型j 型竖塑型坚型坐型业坚j 业l 第二章 f g a 7 3 2 型剑杆织机系统构成 f g a 7 3 2j 弘剑朴彭f l j l ) + f l i + j ，h 纺机总j r9 6 印，仃消化吸收兜进剑朴7 $ t t - j u ； jf i t f | 07 1 6 1 t ii ：，绝合怙f i l 删m 0 、设i l 。、 发的吖j i ：八i - - s l ! 代木蝴j 史4 ：水”i ，j ? 1 1 4 1 2 $ t4 j l ，j c i u 挎系统j 二要 j 辐帆州b 。j ：披术l ：袱公- r | l 听制。小沦义红l 级? 慢 剑纵机j 。鲫川：，改进u 挎系统，研：川t ) j f = 2 控制l uj i 送绐和卷墩系统，以抛，西托 f 神l 构的技术龠艟，加强控制质量，遁应f l ，场刈f ：_ 质h 织物和生产效；钙的j 臂螋。 2 1f g a 7 3 2 型剑杆织机的主要结构 剑钐ii 二婴t 1 1 。“ b 分运动机 匐组成，他括j r l1 j j 玑j 纬机十i = l 、 】纬机构、 档收机构川送终肌构，i ；s i 、，还仃选纬、控制、f o z 力、起动和停i l 等。e i - 婴i ：i l 伪讹引牛的纳构和i 1 ：味州如l j ： 2 i 1 剑杆织机的传动系统和启、制动 i 幺l l l t j 0 , fs 别j 系统足i i f3 k w 的，i - ：il 1 1 4 l ，通过皮特轮带动彩w l | l | 转，计j 遵j , jl ： “， 业f 内法】轮1 、j 0 剁j 给i 它4 j l 栏j ( 多f jj ：i t4 j l f , j 、, i 1 7 i ；t ：jl4 j 、- t g 纠；“l 十勾、j 巍也 j l4 = j 、 送绛和搭取机构等) ，这业机构运z 力之f j 的配合m 凋，均控制系统束黼 夸柑峡脱。 彭 机的f ；、i 叫动上作原理如图2 1 所示，_ l j l ；、f 川动机构山微机担仃控制。j 心r 刈符种检测信l j 和按钮操作进行处理，然后扫二规定i j i g t j t 4 7 l ；4 ：i l l f l l 叟7 i 乏i i t , ( 1 1 1 、v 的纵 j 1 、；t i d f ；、i l j 。织帆汹“f f 】度惰啪l j j t 4 ：l l l 编码器产7 i i ，作为扁、i i l l # j , l ：j l t ：$ d f l j i - f 1 = i i , 怕k 、i l ，j t , l f f , ：j j i l g ，j 夺捌微机发h ；的钐 机f ；z 力竹0 输入剑驱动i u j l l ，使i u 嵫，岛合 搁伯线迎j u ，i u 磁制动线断i u ，戊“j + 轮：i i d = q 7 , l 4 1 1 胯擦儡：快迷吸合，i u 力机 迎过戍一带轮带- , t j # t4 ：j c b t “1 钐l 机制z 圳、j q a f ； i ；l l ；e j s t j 器线临l 通 u ，l u 撤离i i 器线 互点一士五笥 基士划f 【| i 控i i ；! | 啦剑扯纽址送经盎取址拙口i 血i 【宜如江工! 止厶堂 幽断电摩擦盘迅速与转盘脱离，与固定不动的制动盘吸合，实施强迫制动。 2 1 2 剑杆织机的电子多臂开口机构 本机选用常熟纺织机械有限公司生产的高速剑杆织机用g t 4 0 5 型电子多臂装 置，本装置是该公司与我校经过五年合作，消化吸收国外同类产品后改进设计的 最新产品，可适用于车速为4 5 0 r r a i n 的剑杆织机。它是目前国际上生产的最先进 的旋转式多臂机型，设计完全摆脱了以往多臂机的传统机构，以极其有效的转换 机构，极短的路径，将匀速回转运动转换成有停顿的转动，再经偏心轮、连杆机 构、带动综框作上下运动。它的结构主要由三部分组成： ( 1 ) 电子程控装置负责发出提综信息； ( 2 ) 电信号与机械量的转换机构一般采用电磁铁，即由狸控装罱发出的 提综信息转换成机械位移量来实现机械控制； ( 3 ) 提综机构由转换机构传来的位移量经过放大后，使综框提升或下降， 以至达到正确开口的目的。 织造过程中，综框有两种运动方式，即综框提升或静止不提升，刚好对应于 7 - 进制数“1 ”与0 表示综框提升，“1 ”表示综框提升，0 表示静止，则可 以方便地对织物组织进行数字化处理。 在单片机中，通常是以存储器( r a m ，r o m ，e p r o m ) 来存储信息，若有 不用的综框则作0 处理。一个组织循环的信息数字化后，再加上两个字节的识 别逻辑“0 0 ”，可达到数字化处理来控制执行机构的目的。 以囝22 织物组织图为例进行数字化处理，结果为： 第一纬： 第二纬： 第三纬： 第四纬： 第五纬： 第六纬： 篼七纬： 第八纬： 第九纬： 第十纬： 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 l1 110 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 l o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 11 110 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 h h h h h h 用h 旧h删洲伽删洲删渊洲 h h h h h 址h 址h 虹洲州湖嗍洲脚卅州枷 型型燮型型塑型兰堑丝业型塑坐! 一旦型里燮一 彭 迅 j u ，将以j ：数抛r ：按j gj t ：j 趣种j 也 器就能4 勺提综信息以定的规律 0 j 对 2 1 3 剑杆织机的电子选纬机构 j 入e p r o m 或r a m 中，织逃时微处删 i ，然j 执仃机 = ：| 完成挺综运z 讪。 u 磁铁2 撑头3 【r l l 仑4 j 0r5 杠柑6 u i 缩弹簧7 横动杆8 选纬柑 蚓23 乜磁选纬裟i 野 小帆乐川l 乜磁，选纬执 j ：装什，u 磁铁1 愀州选纬信l j 装。龄发的指令竹u 趔仃断i u 或迎i u ，通过f n f j i ； 力f l - ：t l l 使撑义2j ：翘城j 、摆。仡j n 轮3 川 0 足，绎牡 盐土圭! ! 】雎控盥l 曲垒! l 拄盛扭送经盎驰也扭曲业宜 i i 丘江 业芷当 l 了4 使市1 冲t5 绕0 ；轴摆动，由于压缩弹簧6 的作用，0 。轴暂时保持静止。如果 撑头下摆，i 贝住杠杆上端d 时，凸轮的转动便迫使其下端0 ，轴向右移动，从而克 服压缩弹簧6 的作用力使横动杆7 右移，带动选纬杆8 绕0 ：轴进入工作位置，完 成选纬动作。 电磁铁作为选纬驱动装氍，起到了机电结合的桥梁作用，使光电选纬和电脑 选纬得以实现，从而简化了机构，改善了选纬机构得工作性能。 与r u 磁式选纬驱动装置相适应，本剑柯织机提供微机选纬，以工控机控制电 磁铁的通电和断电，这不仅使信号机构极大简化，纬色循环更改十分方便，而且 控制程序可以在织机上直接输出，也可以由中央控制室经电缆输入到织机中，为 实现织造生产现代化的集中管理创造了条件。 2 1 4 剑杆织机的引纬、打纬和储纬机构 本剑杆织机的引纬和打纬机构均为织机主轴带动的机械式运动机构。引纬机 构将纬纱引入由经纱所构成的梭口，以便和经纱交织，形成织物。它采用双剑杆 作为引纬器，引纬由两根分别位于梭口两侧的剑杆协同完成，一根剑杆将纬纱送 到织机中部，称为送纬剑，另一根剑杆从织机中部接过纬纱并将其引出梭口，称 为接纬剑。引纬时必须和经纱的丌口相互配合，在梭口丌启的一定时间完成，其 要求工作准确、平稳、减少经纱磨损。 手】纬机构通过主轴带动，沿织机前后往复摆动，它与左右运动的引纬机构密 切配合，把引入梭口的纬纱推向织口，与经纱交织，形成织物。 织机纬纱从筒子上退绕下来后，为减少对纬纱张力的影响，首先被卷绕到储 纬装置上储存起来。引纬时，由引纬器( 剑杆) 拉引，再从储纬装置上退绕出来， 1 进纱张力器2 空心轴3 定子4 转子5 后磁铁盘6 绕纱盘7 前磁铁盘 8 锥度导指9 光电检测器1 0 调节旋钮l1 储纬鼓1 2 阻尼环1 3 出纱张力器 图2 5 储纬器结构示意图 进入梭。储纬器结构罔如2 4 所小： 纵j j w l hf 浙纬器通过t f f t j l ，滞z 力，+ 丈现从简j i 、 述退绕，卷绕j 、帅 纬装 l7 jj i io i - j 址绕的过w ，使纬纱从鼓1 ：越绕州掀列刖匀匀1 0 f t t j t l ) 3 ，抛i jb 纵物) 觅：i ! f f i7 t - 二设一亿。己f i f l i , t , ；仃拎洲器，川_ ：枪测纬纱f 蠢 2 1 5 剑杆织机的经纬纱断头自停装置 钐w i 运转过n ，经、纬纱线会处j ：小f l ! s t f l , j t 作状况，这时织机必须、玎j 火1 ：，以免亿钐l 物：f ；j 戊贱疵影响纵物质；le 。这j j 作址经纱和纬纱断火i i f 专2 筠1 _ ( 完j 戊n 0 。 小彭 = j 【1 经纱断三lf ；的检测部分采川光u j ，以停经片和成刈殴w 的红 外发光竹、j 匕i u ：极1 纠成捡测部分，。1 经纱惭头或过f 耍松弛时，绐f j 。片h 弃， f 止i ， 、技) l i ! j i ! l i ：j 匕i u 撇1 l n 0 光杆 l _ j 6 ，。) 1 0 也4 设j ! “i i i f 受光，j ，i l i ) 1 1 ， ? t f j f ，：j 。 2 # 纱l 断，、n f 。装萏1 ) f - f 少自1 f 乎装岢舸l 似，它”j f 内l f 1 玛l 删! 如l 一1 、陶： 广 广 一 1 业坐j 叫竺兰划 引2 5 纱线断火t 装。 2 i s , ij t ! 蚓 小j l f ：j 靳 b 十j _ ：! l ! i 器采j t j ! q z l ；, t j 瓷做传感器， l i 纬纱断裂，j k f 乜陶瓷小受力，刁i 变形， 个j r j 似i 吖i i , j 蚀钐l 发牛f j 。r ：f ij ij ，仵15 j 纱线n j 瓷叭小运行时，。t f i z n ：l 彳i 产! i - l 苛频 b 信号，使彩l 私【相：i ：# 芑秒州i h jj j 实j 砚f 乒车。 2 1 6 剑杆织机的控制按钮及其它相关组件 ( j ) 按钮设置和功能 立钏撤删 一作j j 嘤，没仃l l l 汕j ：丌天、z 巩、停1 ：和急停等饭f i _ | | ，”危成 心n 0 性作j n 能 挂士甸雎控i ；! | 曲剑拄组扭送经盗取山扭曲i i ! | j z j m l l 业土兰_ 电源丌关用来控制主电路和控制电路的供给。当合上电源丌关后，吸合控制 电路合一 i 电路上的接触器，提供各路相关电源； 启动按钮用来吸合主电机和风机电路的接触器，使主电机和风机旋转； 停车按钮实现正常情况下的定位停年。停车位置可通过设定经停角度改变： 急停是用来防止出现的织机故障和其它紧急情况提供的停车方式。此种方式 不受织机主轴转角的限制； 点动用来完成织机的短时运动。它分手动和自动，手动时，点动按钮按下多 长时删，织机就动多长时间。自动时，当点动按钮按下h , t f 日j 4 , 于设定的点动时f 山， 则按钮按下多长，织机就动多少；当按钮按下时间大于设定的点动时问，则到了 设定时间，织机就停下来。因此，在自动方式时，不能长时问按住点动按钮，以 免元器件损坏。 ( 2 ) 主轴转角位置与自动定位停车 织机在工作过程中，根据不同的操作指令和织机工作状况，结合主轴转角位 胃，完成自动定位停车。停车方式不同，则主轴转角的停车位置也不同。其停车 角可预先设定。本织机采用光电编码器来测量轴角位黄。光电编码器采用一圆形 码盘，在上面刻有均匀的透光缝隙，通过遮光板的隔离和透过来发出信号，用来 分别指示不同的转角。码盘和编码器的构造如图所示。 a 相 b 相 z 相 图2 6 绝对式光电编码器结构示意图 织机的定位停车主要有经停、纬停、储纬停和保护停车等方式，对应于不同的停 车方式和织机工作原理，通常所要求的主轴转角也不同，根据经验值，对应关系 如下。 1 _ 辜车方式码糯信号f 丰轴转角) 绎停、诈常停车 2 9 5 纬停 9 0 储纬停 2 9 5 l僳护停仵音 【惫停仟膏 l茸官仟意 表2 1自动定位停车与主轴转角剥应关系 堡型! 竖丝型竺型堑堡! ! 堕丝丝堂坠! !