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基于自抗扰控制器的高速卷绕头控制系统的研究与应用

王鹏飞  
【摘要】:高速卷绕头是化纤纺织机械中的核心部件,它对自动化控制程度和材料性能要求高,机械加工精度要求严格,卷绕头的价格一般占卷绕设备的一半以上。而国内化纤设备生产厂在开发高速度、高性能的卷绕头上,与卷绕机整机的开发相比,显得投入不足,所以我国不得不长期从德国、日本和瑞士等国家进口,且以德国巴马格、瑞士立达公司、日本村田公司、帝人公司和东丽公司的卷绕头一支独秀,占据国内大部分市场,严重制约了我国化纤产业用丝工业的发展,使得大量的金钱流入国外。目前不少化纤厂家使用的仍然是早期的卷绕头,卷绕速度大都处于中低速范围(2000m/min以下),已不适应当前高速纺丝(3000m/min以上)的要求,而且传统的控制方式对丝的均匀性有一定影响,容易产生毛丝、断丝,对丝的后序加工不利,而且不能满足生产工艺的要求,为此开发技术先进的全自动换筒卷绕头已势在必行。中国纺织机械器材工业协会在技术创新重点方向中,将研制高速卷绕头列在第二位,可见其重要性和紧迫性。 本文根据卷绕工艺和工程实际的要求,重点讨论了卷绕恒线速度控制及其抗干扰性能等核心问题,同时介绍了卷绕防叠控制以及系统的软硬件设计,秉着“理论指导实践,理论与实践相结合”的原则,对自抗扰控制器控制算法进行了大量的理论、仿真和实验研究,并且在上海二纺机股份有限公司的EJQ29X型自动切换高速卷绕头上成功应用。本文主要研究内容如下: (1)在卷绕头交流变频传动及伺服控制的工艺要求和运行环境的基础上,指出了高速卷绕头传动控制系统设计的关键环节。 (2)针对被控对象未知的复杂的非线性系统,研究一种工程上实用的有效控制方法是目前有待解决的问题,本文介绍了韩京清教授提出的自抗扰控制器(ADRC)的特点及其离散算法,并且与非线性PID控制器、PID控制器进行了仿真对比。 (3)以卷绕工艺为基础,采用了先进的致密精密卷绕技术(CPW),大大改善了卷装表面的光滑程度,也大大减少了蛛网丝的出现概率。 (4)以贝加莱可编程计算机控制器(PCC)及多功能控制器(ACOPOS)为平台构成卷绕头控制系统,采用自抗扰控制器,从而为解决卷绕头在高速纺丝过程中的线速度恒定及其系统抗扰问题提供了理论依据和有效手段,在卷绕头运行中取得了令人满意的效果,同时为实现卷绕头高速化提供了一项重要技术。


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