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原文传递一种电子往复式多级精密卷绕控制方法

专利名称：	一种电子往复式多级精密卷绕控制方法
摘要：	本发明公开了一种电子往复式多级精密卷绕控制方法，横动电机采用小惯量步进电机，通过基于一族S曲线的高性能多细分矢量控制技术驱动导纱器高速、平稳运行，精确到边。上述S曲线根据第i级精密卷绕导纱器每分钟目标往复次数、设定斜率、加速度和加减速时间确定所包含的段数m（m=5/7），典型的S曲线包含加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段。相对于伺服电机方案，本发明降低了卷绕设备成本，避免了横动电机往复运动过程中出现的冲击、失步和超调现象，使横动电机运行更平稳、高效、发热量小，提高电机使用寿命，明显改善卷装边缘密度过大现象，可获得密度均匀、具有高速退绕性能的优良卷装，适于产业化。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	华东理工大学
发明人：	张淑艳;姚晓东
专利状态：	有效
申请日期：	2018-10-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201811243697.X
公开号：	CN109748143A
分类号：	B65H57/28(2006.01);B;B65;B65H;B65H57
申请人地址：	200237 上海市徐汇区梅陇路130号华东理工大学394信箱
主权项：	1.电子往复式多级精密卷绕控制方法，其特征在于，所述的控制方法适用于包括控制纱筒卷绕转速的带位置编码器的卷绕电机、用于控制导纱器往复运动的带位置编码器的横动电机、用于控制纱线卷绕张力的带位置编码器的超喂电机、超喂罗拉、导纱器、张力传感器、直径传感器、步进张力器、断纱感应器、剪刀、开关、上位机、单锭控制器以及决定纱路的各部分组成的卷绕系统；所述单锭控制器包括带位置编码器的卷绕电机、横动电机、超喂电机和步进张力器的驱动模块和控制模块、信号输入输出模块、通信模块、保护模块、掉电存储模块和电源模块；所述单锭控制器与卷绕电机、横动电机、超喂电机、卷绕电机编码器、横动电机编码器、超喂电机编码器、张力传感器、直径传感器、步进张力器、断纱感应器、剪刀、开关、上位机直接相连。 2.基于权利要求1所述卷绕系统，其特征在于，所述卷绕电机可以是交流异步电机、直流无刷电机和永磁同步电机中的任一种类型。 3.基于权利要求1所述卷绕系统，其特征在于，所述横动电机可以是小惯量步进电机或者超小惯量步进电机中的任一种类型。 4.基于权利要求1所述卷绕系统，其特征在于，所述横动步进电机采用高性能多细分矢量控制技术。 5.基于权利要求1所述卷绕系统的电子往复式多级精密卷绕控制方法，其特征在于，所述控制方法提供了一种基于一族S曲线的横动步进电机往复运动控制技术。 6.基于权利要求5所述控制方法，其特征在于，卷装的每一级精密卷绕对应一条S曲线，即一个包含N级精密卷绕的卷装由一族（N个）S曲线组成，如果N=1，多级精密卷绕退化成精密卷绕，本发明也包含N=1的精密卷绕。 7.基于权利要求5所述控制方法，其特征在于，横动步进电机往复运动1次指横动步进电机驱动的导纱器从一侧换向点A到另一侧换向点D，再回到换向点A的过程；换向点A和换向点D之间的距离等于横动动程；所述横动步进电机往复运动1次包含2个完全相同且加减速区对称的S曲线；所述S曲线，典型值由七段组成，分别是加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段。 8.基于权利要求6所述控制方法，其特征在于，每级精密卷绕对应的S曲线可以由5段或者7段组成，根据多级精密卷绕工艺计算出的卷装各级精密卷绕阶段横动步进电机理想往复运动次数nHGi、设定横动步进电机加速度aGi、S曲线加减速段的斜率kGi（其中，i是精密卷绕的级数i=[1,N],i为整数）以及加减速时间T确定S曲线的组成段数m（m=5/7）；所述S曲线的特征在于，在保证横动步进电机不失步和不堵转情况下使加减速时间尽量短，匀速时间尽量长；所述根据多级精密卷绕工艺计算出的卷装各级精密卷绕阶段横动步进电机往复运动次数nHGi是由各级卷绕电机转速nJGi和对应卷绕比Ji的比值确定的，函数表达式为：nHGi=nJGi/Ji。 9.基于权利要求5所述电子往复式多级精密卷绕控制方法，其特征还在于，所述基于一族S曲线的横动步进电机往复运动控制技术包括以下步骤： S1.系统上电，横动步进电机2驱动导纱器21自动寻找并确定相对位置零点； S2. 单锭控制器判断多级精密卷绕工艺参数是否更改，若参数更改，执行步骤S3，若参数未更改，执行步骤S4； S3.单锭控制器通过通信模块接收上位机设定多级精密卷绕工艺参数，如初始卷装速度、卷装速度、筒管直径d0、卷装直径dmax、最小和最大卷绕角、横动动程H、卷装长度、卷装端面角度、横动缩进百分比、卷绕张力等； S4.从单锭控制器的掉电存储模块读入多级精密卷绕工艺参数； S5.单锭控制器的横动电机控制模块利用嵌入其内的多级精密卷绕工艺算法，根据接收到的多级精密卷绕工艺参数完成各级精密卷绕卷绕比Ji和跳跃卷装直径di（其中，i是精密卷绕的级数i=[1,N],i为整数，N为卷装包含的精密卷绕级数）的计算，并通过通信模块将计算结果发送至卷绕电机控制模块； S6. 获得直径传感器信息，通过单锭控制器的信号输入输出模块送至卷绕电机控制模块，计算出当前卷装直径d； S7. 判断d是否处在各级精密卷绕跳跃直径di和di+1之间，若否，如ddi+1,取下一个卷绕比Ji+1发送给单锭控制器的卷绕电机控制模块，执行S8；若是，取卷绕比Ji发送给单锭控制器的卷绕电机控制模块，执行S8； S8. 单锭控制器的卷绕电机控制模块根据接收到的卷绕比和卷装直径d以及卷绕角、初始卷装速度和卷装速度信息，计算该精密卷绕阶段卷绕电机的目标转速nJGk； S9.根据卷绕电机的目标转速nJGk和相应卷绕比Jk，计算该级精密卷绕阶段横动电机每分钟目标往复运动次数nHGk，将计算结果发送至横动电机控制模块； S10.获得卷绕电机位置编码信息，通过单锭控制器的信号输入输出模块送至卷绕电机控制模块，计算卷绕电机当前转速nJk；获得横动步进电机位置编码信息，通过单锭控制器的信号输入输出模块送至横动电机控制模块，计算横动电机当前每分钟往复运动次数nHk； S11.通过PID算法调节nJk和nHk，使其逼近目标nJGk和nHGk，获得该阶段恒定卷绕比；所述卷绕电机转速nJk根据PID算法输出通过单锭控制器的卷绕电机控制模块输出PWM脉冲信号，由驱动模块驱动卷绕电机，实现卷绕电机速度闭环控制；所述横动电机每分钟往复运动次数nHk根据PID算法输出通过单锭控制器的横动电机控制模块，由高性能多细分矢量控制技术获得相应PWM脉冲信号，通过横动驱动模块驱动横动电机运行，实现横动电机每分钟往复运动次数闭环控制；进一步地，所述横动电机往复运动次数是遵循S曲线变化的，S曲线的斜率、横动电机的加速度以及横动电机加减速时间可由程序设定并调整，确定合适的S曲线后，根据横动步进电机位置编码器发出的脉冲数以及驱动细分数确定导纱器所处S曲线的运动段，得到该时刻的横动电机控制PWM脉冲信号；更进一步地，所述横动电机每分钟往复运动次数nHk是一个平均值，横动电机往复运动1次的过程包括2个S曲线，共包含2*m个段的横动转速； S12.判断是否达到设定卷装直径或者设定长度；若是，卷绕电机和横动电机停止，卷装完成；若否，返回S6。
所属类别：	发明专利