[发明专利]一种基于线性自抗扰控制器的粗纱机同步控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术以及电力电子技术领域，涉及一种粗纱机的控制方法。

背景技术

目前新型粗纱机一般由计算机控制，通过四台变频器分别驱动四台同步电机，构成牵伸系统、筒管系统、锭翼系统及龙筋升降系统，使粗纱的牵伸、卷绕成形完全受控于计算机，根据粗纱工艺要求，通过相应的软件指令控制各电机的速度，精确完成粗纱的卷绕。新型粗纱机系统实现了计算机控制系统的四单元传动技术，简化了粗纱成形机构；各单元电机在PLC控制指令下运行，从根本上消除了开关车粗纱细节，实现了精细的粗纱卷绕张力调节，是当前粗纱机技术发展的新方向。

图1是粗纱机加工过程的示意图，图1中罗拉电机驱动牵伸装置对棉条进行抽长拉细成为粗纱送入锭翼，由锭翼电机驱动锭翼回转对粗纱进行加捻，通过筒管旋转与锭翼的相对运动将粗纱卷绕在筒管上，由龙筋电机带动筒管实现粗纱的逐层卷绕，为使粗纱顺利地卷绕在筒管上，筒管的卷绕速度必须略大于罗达的输出速度，从而产生纱条轴向上的张力，各部分电机由西门子SINAMICS S120 DC-AC变频器驱动。S120DC-AC变频器中，控制单元、整流和逆变都为独立模块，中心控制单元为CU320模块，该模块可驱动4个矢量轴，对应的电机模块用于驱动粗纱机各部分电机。目前多电机粗纱机控制系统中基本上每台电机都是由独立的变频器驱动，采用一台S120变频器进行多轴有效的控制简化了工业设备，降低了生产成本。现有四电机粗纱机同步控制系统中的各分部电机速度关系如图2所示，以锭子的速度为基准，来控制罗拉、筒管和龙筋的速度。其中N_s是恒速的主轴部分，即锭翼电机的转速；N_f是罗拉电机转速，用于控制粗纱的捻度；N_w是筒管电机的转速；n_w是筒管的转速，筒管的回转速度受到两部分的影响，一部分是恒速的锭翼电机速度N_s，另一部分是与管纱的直径成反比的卷绕速度；N_l是龙筋电机的转速，通过控制龙筋电机正反转和转速配合筒管的卷绕；k₁~k₅为比例系数，受捻度、带轮齿轮传动比、卷绕直径和牵伸系数等决定，工艺要求确定时k₁~k₅可视为常数。张力产生的本质是相邻电机的转速差，因此可通过控制锭翼电机转速和张力实现多电机粗纱机系统的控制。

“基于误差来消除误差”的控制策略是经典PID控制的精髓，也是其在工业控制中广泛被采用的主要原因。由于PID控制器成形时期的科技水平限制，处理误差信号的方法粗糙，使得PID控制器未能尽情发挥其优点。为满足现代科学技术控制精度和速度以及对外部变换的适应能力的要求，先进的信号处理技术和数字化方法逐渐被融入PID控制器中，形成了如自校正PID、智能PID、模糊PID和专家系统PID等一系列新型控制器。概括PID控制技术的缺点为：微分器物理不可实现限制了PID的控制能力；“快速性”和“超调”不可调和的矛盾；组合形式限制在加权和的形式；原始误差的产生方法值得商榷。韩京清研究员在此基础上相继开发出跟踪微分器，扩张状态观测器和非线性误差反馈机制，从而开发出一系列新型控制器。自抗扰是其中具有代表性的控制技术，各组成部分可以进行多种选择，对经典PID做出了如下方面的改进：安排过渡过程；提取系统状态信息和扰动总和信息；用状态误差信息来产生非线性误差反馈控制量；根据扰动估计值对系统进行扰动补偿。

发明内容

本发明的主要目的是对现有的控制方法进行改进，提供一种能够实现牵伸和卷绕两大传动系统的线速度匹配，维持张力稳定的四电机同步粗纱机控制方法。

本发明采用如下技术方案：