織機經紗張力控制器設計

2012-06-01 02:54:34賀作慧韋文斌

電子科技 2012年1期

賀作慧，韋文斌

(廣西工學院電控系，廣西柳州 545006)

在整個織機運動系統中，張力控制是其中一個重要部分，其性能的好壞將直接影響產品質量。同時由于紗線材料本身的要求，在織機運動的過程中，張力必須保持在一定的范圍內，最好是恒定不變，且其精度要求較高。因此，設計了專用于織機送經張力控制系統模型。同時，在檢驗系統可行性和可靠性的試驗中，還建立了精度更高的織機張力控制系統模型。

1 織機張力控制系統

1.1 系統的組成

織機送經張力控制系統，主要由送經電機、減速機、經軸、活動后梁和張力傳感器部分組成。文中送經電機采用直流無刷伺服電機，該電機的優點是克服了傳統直流電機存在電刷，電磁干擾大，并且維護繁瑣的缺點。電子送經的特點是以活動后梁作為張力傳感部位，通過傳感器把經紗張力信號轉化為電信號，然后被采集到控制器，經分析計算后控制送經電機，使電機達到無級調速。新型織機大部分采用這種方法送經。

1.2 模型建立條件

在系統數學模型建立之前，需要對整個系統進行簡化，紗線的粗細均勻，其彈性模量為常量，發生彈性變形時遵守胡克定律;紗線的橫截面積和厚度變形微小，可認為是固定不變;紗線發生彈性變形時，所引起的速度相對于紗線本身的速度來說很小，可以忽略不計。

2 各部分模型的建立

2.1 經紗張力模型

在織機運轉過程中，經紗張力是通過控制電機的轉速，達到控制經軸的轉角，使經紗的張力保持不變，建立經紗受到張力時的模型，如圖1所示。

圖1 經紗張力模型

由胡克定律可知，卷材內的張力T

對式(1)進行拉氏變換，又由于

可推導出張力控制對象的傳遞函數為

式中，A0是紗線的橫截面積;E是紗線的彈性模量;L是紗線在兩傳動點之間的距離;vA是軸A的線速度;vB是軸B的線速度;σ是紗線內的拉應力;t是紗線的傳送時間。

由此可見，相鄰兩傳動點間的線速度差是產生經紗張力的根本原因。因此，要保持經紗內張力的恒定就必須保持經紗線速度的恒定，張力控制實際上也就是線速度控制。

2.2 直流伺服電機的建模

假設主回路中的電流是連續的，則它的動態電壓方程為

在忽略粘性摩擦及彈性轉矩的情況下，電動機的動力學方程為

由于電動機的感應電動勢和電磁轉矩在額定勵磁下分別為

在零初始條件下，對式(8)和式(9)兩邊分別進行拉普拉斯變換，得到電壓和電流之間的傳遞函數為

電流與電動勢之間的傳遞函數為

考慮到n=E/Ce，可得直流電動機的動態結構框圖，如圖 2 所示［1］。

圖2 直流電動機的動態結構框圖

2.3 減速機的傳遞函數

減速機的傳遞函數，如式(12)所示。

2.4 晶閘管的傳遞函數

2.5 總體結構框圖

將各部分的傳遞函數連接，得到送經張力控制系統的動態結構框圖如圖3所示。

圖3 送經張力控制系統的動態結構框圖

3 調節器的硬件設計

三閉環系統的設計方法，通常考慮以下原則，由于三環結構系統的最內環是電流環，一般情況下，按典型Ⅰ型系統設計。對于無外環的轉速－電流雙閉環系統，轉速環大都按典型Ⅱ型系統設計。但對像位置跟蹤三閉環系統、張力－轉速－電流的三閉環的系統，轉速環外還有一個張力環，那么轉速環應該按典型Ⅰ型系統設計。張力環是系統的最外環，并且希望它的動態抗擾動性能、跟隨性能和靜態性能較好，所以將張力外環校正成典型Ⅱ型系統是最佳選擇［2］。