浆纱机卷绕机构张力控制系统研究
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摘要
浆纱工艺是重要的织前准备工序，浆纱速度的快慢和浆纱质量的好坏对织造生产影响很大，甚至直接影响着纺织工厂的经济效益。浆纱机卷绕装置能否实现恒张力卷绕直接影响着浆纱速度和质量。
本文对浆纱机卷绕装置的卷绕特性进行了研究，对张力控制系统的基本组成及控制原理进行了探讨，研究并得出了卷绕直径的检测方法，对基于直接转矩控制的异步电动机用作浆纱机主传动时的控制策略进行了分析。
为了改进张力控制系统的控制性能，本文设计了一套基于DSP的张力控制系统。该张力控制系统以异步电动机作驱动电机，采用了直接转矩控制技术。系统以美国TI公司生产的电机控制专用芯片为核心，应用M/T法实现对电机转速的检测及线速度反馈的检测、用软件实现了卷绕直径的计算；主电路采用智能功率模块（IPM），把直接转矩输出的开关量转换为空间矢量电压实现对电机的转矩直接驱动；进而实现数字化的恒张力控制系统。该系统通过实验，对卷绕装置实现恒张力控制有明显改进效果。
因为卷绕张力控制系统是个动态、时变、非线性系统，考虑到模糊控制技术特有的鲁棒性，本文将模糊控制理论引入张力控制系统，对张力模糊控制器进行了初步设计；又通过在直接转矩控制中引入模糊控制，对多变量的模糊控制器设计进行了尝试。
最后本文采用acs600变频器构成了卷绕张力控制系统并对其性能进行了剖析。该系统采用现场总线、卷曲宏等先进的控制技术，具有精确的控制性能，良好的动态特性，能够实现工厂网络化、信息化。该系统现已成功通过调试交付使用，运行情况良好。本系统不仅适合染浆联合机，亦可用于其它印染、纺织机械，具有极好的市场推广应用前景。
Sizing techniques is one of the most important preparing working procedures for the spinning and the speed and quality of sizing have great impact on the spinning production. The winding device of the sizing machine determines the sizing speed and quality.
The winding character of the sizing machine’s winding device is studied and the basic buildup and control theory of the tension control system is analyzed in this paper. The detection method of winding diameter is deduced and the control strategies of the Direct Torque controlled induction motor for the sizing spindle machine tools servo system are studied in detail.
In this paper, a tension control system based on DSP is designed with the purpose to enhance the performance and buildup the robust of the system. This control system use AC induction motor as actuator and Direct Torque control as control strategy. This system includes TI’s DSP as central control unit, M/T method as the speed detection method and winding diameter is calculated by software; using IPM as the power supply unit, the torque of the motor is direct controlled by transforming the on-off signal of the Direct Torque output to space vector voltage. An experimental research is conducted and the results verify the scheme above is valid and the constant tension control of winding machine is improved significantly.
Due to the dynamic and nonlinear character of the winding tension control system, the fuzzy control theory is introduced and tension fuzzy controller is designed elementarily. The multi-variable fuzzy controller is designed by introducing fuzzy control to the Direct Torque control.
Grounded on the work above, a winding tension control system based on acs6000 transducer is developed, and its performance is analyzed. This system adopt some advanced control strategies such as field bus、winder, which has accurate control capability and can realize the network and information of the factory.
本文对浆纱机卷绕装置的卷绕特性进行了研究，对张力控制系统的基本组成及控制原理进行了探讨，研究并得出了卷绕直径的检测方法，对基于直接转矩控制的异步电动机用作浆纱机主传动时的控制策略进行了分析。
为了改进张力控制系统的控制性能，本文设计了一套基于DSP的张力控制系统。该张力控制系统以异步电动机作驱动电机，采用了直接转矩控制技术。系统以美国TI公司生产的电机控制专用芯片为核心，应用M/T法实现对电机转速的检测及线速度反馈的检测、用软件实现了卷绕直径的计算；主电路采用智能功率模块（IPM），把直接转矩输出的开关量转换为空间矢量电压实现对电机的转矩直接驱动；进而实现数字化的恒张力控制系统。该系统通过实验，对卷绕装置实现恒张力控制有明显改进效果。
因为卷绕张力控制系统是个动态、时变、非线性系统，考虑到模糊控制技术特有的鲁棒性，本文将模糊控制理论引入张力控制系统，对张力模糊控制器进行了初步设计；又通过在直接转矩控制中引入模糊控制，对多变量的模糊控制器设计进行了尝试。
最后本文采用acs600变频器构成了卷绕张力控制系统并对其性能进行了剖析。该系统采用现场总线、卷曲宏等先进的控制技术，具有精确的控制性能，良好的动态特性，能够实现工厂网络化、信息化。该系统现已成功通过调试交付使用，运行情况良好。本系统不仅适合染浆联合机，亦可用于其它印染、纺织机械，具有极好的市场推广应用前景。
Sizing techniques is one of the most important preparing working procedures for the spinning and the speed and quality of sizing have great impact on the spinning production. The winding device of the sizing machine determines the sizing speed and quality.
The winding character of the sizing machine’s winding device is studied and the basic buildup and control theory of the tension control system is analyzed in this paper. The detection method of winding diameter is deduced and the control strategies of the Direct Torque controlled induction motor for the sizing spindle machine tools servo system are studied in detail.
In this paper, a tension control system based on DSP is designed with the purpose to enhance the performance and buildup the robust of the system. This control system use AC induction motor as actuator and Direct Torque control as control strategy. This system includes TI’s DSP as central control unit, M/T method as the speed detection method and winding diameter is calculated by software; using IPM as the power supply unit, the torque of the motor is direct controlled by transforming the on-off signal of the Direct Torque output to space vector voltage. An experimental research is conducted and the results verify the scheme above is valid and the constant tension control of winding machine is improved significantly.
Due to the dynamic and nonlinear character of the winding tension control system, the fuzzy control theory is introduced and tension fuzzy controller is designed elementarily. The multi-variable fuzzy controller is designed by introducing fuzzy control to the Direct Torque control.
Grounded on the work above, a winding tension control system based on acs6000 transducer is developed, and its performance is analyzed. This system adopt some advanced control strategies such as field bus、winder, which has accurate control capability and can realize the network and information of the factory.
引文
[1] 黄故，棉织设备，中国纺织出版社，1995.5
[2] 萧汉滨，祖克浆纱机原理及使用，中国纺织出版社，1999
[3] 刘健，浆纱机调速系统综述，纺织技术，1991（12）
[4] 萧汉滨，织轴卷绕张力与压纱辊压力作用的探讨，棉纺织技术，1996（5）
[5] 瞿林妹，浆纱张力的研究，纺织学报，1992（9）
[6] 郑州纺织机械厂，GA301浆纱机说明书，1986
[7] 陈振翼等，张力控制系统，纺织工业出版社，1988
[8] 曲 瀛，窦曰轩，采用模糊自适应速度调节器的模糊直接转矩控制系统，自动化与仪表,2001.1
[9] 杨钟逵，关于卷绕张力控制系统的研讨,纺织学报，1991(6)：262—265
[10] 王春香等，数控缠绕机精密张力控制系统,自动化仪表, 2000,6
[11] 李夙，异步电动机直接转矩控制，机械工业出版社，1999.8
[12] 李艳 邵曰祥等，绕张力控制器的三种设计方法及性能分析，中国纺织大学学报，2（3），1997
[13] 李序葆 赵永健，电力电子器件及其应用，机械工业出版社，1996
[14] 马宪民 桂佑林，基于DSP直接转矩控制系统的设计与实现电子技术应用，28（2），2002
[15] 黄炯等，纺织电气控制系统，北京纺织工业出版社，1982.12
[16] 陈振翼，高等纺织学院教材，电力拖动与自动控制，纺织工业出版社1991，12
[17]Peter Vas．Sensorless vector and direct torque control[M]．Oxford Science Publications，1998．
[18]IT，YO．High_performa-nce direct torque control of an induction motor[J]．IEEETR-ANS.ON INS.APP. 1989，25(2)：257-264．
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[20]Habetlet T G,elal.Direct torque control of induction machines using space Vector Modulation.IEEE Trans on IA.1992,28(5)
[21]Sayeed A,Mir Malik,E Elbuluk,Donalds S Zinger.Fuzzy Implementation of Direct selfcontronl of Induction.IEEE Trans on IA,1994,30(3):729~735
[22] 潘月斗，许镇琳等，TMS320F240在数字伺服控制系统中的应用，电气自动化，2000，
[23]Sayeed A,Mir,Donalds S Zinger.Fuzzy Controller for Inverter Fed Induction Machines.IEEE Trans on industry application,1994,30(1):78~84
[24] 黄俊，半导体变流技术（修订版），北京：机械工业出版社，1986
[25] 陈伯时，电力拖动自动控制系统，2版，北京：机械工业出版社，2000.6
[26] 李鹤轩，钱利民，电力电子与控制系统，福州：福建科学技术出版社，1994
[27] 陈坚，交流电动机直接转矩控制，北京：机械工业出版社，1994
[28]Isao Takahashi,Toshihiko Noguchi.A new quick response and high-efficiency control strategy of an Induction Motor. IEEE Trans on IA,1986,22(2):820~827
[29] 吴光彬等，基于80C196MC单片机控制的异步电机矢量调速系统，电气自动化，2000，5
[30] 陶红民，龚春文，基于DSP的全数字化异步电动机直接转矩控制系统，电气传动，1997，6
[31]Mir SA，Elbuluk M E．Precision torque control in inverter-fed induction machines using fuzzy logic[C]．in Proceedings of the PESC Conference，1995，396-401．
[32] 谢运祥，薛峰，交流电气传动的发展现状与趋势，微电机，1997，30（1）：28-30
[33] 曲家琪，王季秩，伺服控制系统中的传感器，北京：机械工业出版社，1999
[34] 王耀德，冷增祥编，电气传动控制系统，南京：东南大学出版社，1990
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[40] 张卫宁， TMS320C2000系列DSPs原理及应用，北京：国防工业出版社，2002.4
[41] 江思敏，TMS320LF240X DSP硬件开发教程，机械工业出版社 2003.6
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[43] TMS320C24x DSP Controllers? Reference Set. TEXAS INSTRUMENTS.1996
[44] Implementation of a? Speed Field Orientated Control of Three Phase AC Induction Motor Using TMS320F240. TEXAS INSTRUMENTS.1997
[45]易继锴，侯媛彬，《智能控制技术》，北京工业大学出版社，1999.9
[46]李友善，李华，模糊控制理论及其在过程控制中的应用，国防工业出版社，1993
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[48]戎月莉，计算机模糊控制原理及应用，北京：北京航空航天大学出版社，1995
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[53]何致远，基于模糊控制的织物交流开卷张力控制器设计，浙江工程学院学报，2000，17(1)：33-36.
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[55]刘和平等，TMS320LF240 x DSP C语言开发应用，北京：北京航空航天大学出版社，2003年1月
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[50]Sayeed, Mir Malik, E Elbuluk, Donald S Zinger. PIFuzzy estimationsfor Tuning the Stator Resistance in DTC. IEEE trans on PE,1998,13(2):279～287.
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