纱线张力精密控制器的研究

摘要

纺织业自古以来就是我国国民经济的重要支柱产业，随着科技的发展，纺织技术的应用早已不再局限于纺纱与织布，在航空航天、医疗、军工等高科技领域均得到了广泛应用。在纺织过程中，纱线张力是影响织物的质量和加工效率的重要工艺参数，因此必须对其进行精确地控制。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，国外纺织设备的智能化水平大幅提高，纱线张力控制技术已经成熟，而我国由于工业基础薄弱，纺织设备仍以机械式为主，导致织物成型效果不好，降低了产品的附加值。本文通过对纱线张力控制技术的研究，旨在研制一种纱线张力精密控制器，保持纺织过程中纱线张力的恒定，提高织物的质量与加工效率。
　　本文研究了纱线张力控制方式，确定了主动退绕式张力控制结构，建立数学模型，并根据数学模型制定了张力控制器总体方案：选择永磁同步电机作为执行元件，通过控制电机转速实现纱线张力控制。为了保证纱线张力的精确、稳定控制，采用了电流、转速双闭环控制策略，并且在转速闭环的控制中采用模糊PID控制算法，提高系统的自适应性，电流闭环中采用磁场定向控制算法和空间矢量脉宽调制算法，提高系统的稳定性。根据总体方案完成了张力控制器各模块硬件电路设计，包括电机驱动电路与三相逆变电路的设计；电流检测、电压检测、张力检测与转速检测电路设计，实现了数据实时反馈；温度检测与过流保护电路设计，实现了设备自保护功能。利用C语言实现了张力控制器软件程序设计，编写了磁场定向控制与脉宽调制算法程序，结合MATLAB的模糊工具箱，编写了模糊PID控制算法程序，并完成了基于STM32固件库的ADC数据采集、定时器PWM输出和LCD显示等程序。本文通过对纱线张力检测与控制技术的研究，实现了纱线的恒张力控制。系统调试与试验结果表明设备运行平稳，控制精确，分辨率可达0.1g，误差为1％。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

第2章 永磁同步电机控制策略的研究

2.1 纱线张力控制器总体方案设计

2.2 电机选型

2.3电流转速双闭环控制策略

2.4 模糊PID控制器的设计

2.5 永磁同步电机控制策略研究

2.6 本章小结

第3章 纱线张力精密控制器硬件设计

3.1 纱线张力精密控制器总体结构设计

3.2 电机换相模块

3.3 电机驱动模块

3.4 电流检测模块

3.5自保护功能模块

3.6电压检测模块

3.7电机转速检测模块

3.8系统电源模块

3.9张力检测与数据采集模块

3.10 辅助功能模块

3.11 本章小结

第4章 纱线张力精密控制器软件设计

4.1 软件程序总体方案设计

4.2 主程序设计

4.3 检测模块

4.4 矢量控制算法程序设计

4.5 空间矢量脉宽调制算法程序设计

4.6 模糊PID算法程序设计

4.7 本章小结

第5章 系统调试与工艺试验

5.1 系统调试

5.2 工艺试验

5.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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