自动络筒机纱线张力控制系统的研究

论文摘要

纱线张力恒定是自动络筒过程中筒纱卷绕密度均匀的关键因素。纱线张力不稳,则筒子纱卷绕密度不均匀,造成纱线在下游工序退绕时张力波动大,筒子染色不匀。目前国内对纱线张力的控制技术仍存在很多不足,与国际自动络筒机生产强国相比,技术水平相对落后。本文在总结国内外纱线张力控制技术的基础上,通过对络筒过程中纱线张力的产生原理、影响纱线张力波动的因素及控制方法进行分析,提出了一种基于单片机的闭环式自动络筒机纱线张力控制系统。此系统包括数据测量、张力控制、张力调节与执行、张力显示与设定四大模块。在测量模块,本文提出了几种检测方案,结合本系统的实际情况,对几种检测方案进行分析与比较,最后选择了压阻式压力传感器来对纱线张力进行实时检测,并分析了其测量机构及应用电路。因为影响纱线张力波动的因素很多,很难对纱线张力建立一个精确的数学模型,考虑到模糊控制技术特有的鲁棒性,在张力控制模块中采用了模糊控制策略,对张力模糊控制器进行了设计,使系统具备了良好的控制效果和稳态精度。在调节与执行模块,设计了一种新型的磁粉制动器转轮式张力调节装置,转轮式张力器与以往的张力器相比,减少了高速运行时对纱线的磨损,降低了纱线毛羽的产生,并且该张力器便于通过改变电参数实现纱线张力自动控制,为控制系统的实现提供了条件。在设置与显示模块,本文设计了包含8个按键的键盘,用来输入张力设定值,并通过液晶显示器显示实际运行过程中纱线张力值,供操作人员分析。同时本文还设计了系统各个功能模块的硬件电路和应用软件,并针对系统在实际应用中外界的干扰问题,给出了硬件和软件的抗干扰措施。课题在整体张力控制系统模型建立的基础上,运用MATLAB软件中的SIMULINK模块,建立了控制系统的仿真模型,通过仿真实验验证了系统的可行性,结果表明该系统能够有效地控制纱线张力,并且具有良好的抗干扰能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究发展现状
• 1.2.1 国外研究发展现状
• 1.2.2 国内研究发展现状
• 1.3 课题的研究内容
• 2 自动络筒机纱线张力分析
• 2.1 络筒
• 2.1.1 络筒的目的
• 2.1.2 络筒要求
• 2.1.3 络筒的工艺流程
• 2.2 纱线张力
• 2.2.1 纱线张力的产生和作用
• 2.2.2 纱线张力组成
• 2.3 纱线退绕张力
• 2.3.1 退绕点张力和分离点张力
• 2.3.2 气圈作用力
• 2.3.3 管纱轴向退绕时纱线张力变化规律
• 2.4 影响张力波动的因素
• 2.4.1 退绕张力波动的因素
• 2.4.2 附加张力波动的因素
• 2.5 本章小结
• 3 张力控制系统方案设计
• 3.1 张力控制系统功能分析
• 3.2 张力控制系统调节模块
• 3.2.1 常见张力控制装置分析
• 3.2.2 张力调节模块设计
• 3.3 张力控制系统数据采集模块
• 3.3.1 几种检测方案的提出
• 3.3.2 数据采集系统方案设计
• 3.4 张力控制系统执行元件
• 3.4.1 磁粉制动器的工作原理
• 3.4.2 磁粉制动器的工作特性
• 3.5 张力控制与控制算法
• 3.5.1 控制器的选择
• 3.5.2 控制算法的确定
• 3.6 本章小结
• 4 张力控制系统的模糊控制设计
• 4.1 模糊控制概述
• 4.2 模糊控制器的结构
• 4.3 模糊控制器的设计要求
• 4.4 纱线张力的模糊控制设计
• 4.4.1 输入输出量的模糊化
• 4.4.2 模糊控制规则的确定
• 4.4.3 合成推理算法及调整决策矩阵
• 4.4.4 模糊控制器输出参数的模糊判决
• 4.5 采样时间的选择
• 4.6 本章小结
• 5 张力控制系统仿真
• 5.1 纱线受力分析
• 5.2 磁粉制动器的传递函数
• 5.3 Simulink 软件的介绍
• 5.4 张力控制系统仿真
• 5.4.1 模糊控制器的仿真模型建立
• 5.4.2 模糊控制器的分析
• 5.4.3 模糊控制系统仿真模型的建立
• 5.4.4 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 6 张力控制系统硬件设计
• 6.1 张力控制系统硬件总体设计
• 6.2 I/O 接口扩展电路设计
• 6.2.1 8255 并行I/O 接口扩展
• 6.2.2 8255 扩展电路及地址设置
• 6.3 A/D 转换接口
• 6.3.1 A/D 转换器的选择
• 6.3.2 ADC0809 与单片机接口设计
• 6.4 人机交互接口
• 6.4.1 键盘接口电路设计
• 6.4.2 液晶显示器接口电路设计
• 6.5 磁粉制动器驱动电路设计
• 6.6 硬件抗干扰设计
• 6.7 本章小结
• 7 张力控制系统软件设计
• 7.1 软件要求
• 7.2 张力控制系统的软件设计分析
• 7.3 人机交互程序设计
• 7.3.1 键盘扫描程序设计
• 7.3.2 液晶显示驱动程序设计
• 7.4 A/D 转换程序
• 7.5 模糊控制算法软件设计
• 7.6 软件抗干扰设计
• 7.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录