自动络筒机纱线张力控制系统的研究

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简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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

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络简要求

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纱线张力的模糊摔制设计

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

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