高速络筒机纱线恒张力控制系统的设计与实现

摘要

纱线的张力是纺织行业中一个评定纱线质量好坏的重要参数之一。在纱线卷绕过程中，张力的大小和稳定程度对于纱线的质量、成型、后续的加工（比如染色等）有很大的影响。在卷绕过程中对于适应不同张力的纱线有着不同的张力大小控制要求。在传统的张力控制器中主要是采用机械结构式的控制器，也有直接用弹簧装置的张力控制器、张力片的张力控制器等。这些即使在同一种纱线的卷绕过程中也需要在整个卷绕的过程中进行关注，不时的改变张力的大小，从而使纱线上的张力在整个卷绕过程中尽量保持一致。
　　然而传统的张力控制方法具有控制效果差、人力成本高等缺点。为此纺织产业提出了由电子控制器完成纱线张力的要求，通过电子和机械结合的手段，增加了控制的灵活性、提高了控制的稳定性，同时操作简便，提高生产效率，降低了人工成本，最主要的是提高了纱线成型质量，从开机到停机的整个过程中，无需人为的介入，而纱线张力始终保持恒定。
　　本文首先分析了电子纱线恒张力控制的意义所在，对国内外纱线张力控制系统的现状和发展情况作了简单的介绍和分析，进而总结出电子纱线控制器的优点。针对调试的机械结构提出了几种控制方案，通过对比分析，选择了MC33035无刷直流电机控制器为核心的硬件设计方案；在软件控制方案中，根据现有的络筒机的机械结构提出了多种不同方法的控制策略，进一步推测出多种软件控制算法；最后根据现场调试结果，对所采用的控制策略和控制算法进行了修正。借助于RS485接口，把电子张力控制器采集到的纱线实际张力波动数据上传到PC机，对算法改进优化有很大的帮助。
　　电子张力控制器硬件电路主要由6个模块电路组成：张力信号采集模块、MCU分析和处理模块、DAC信号缩放电路模块、无刷直流电机驱动模块、通信模块、供电模块。在考虑不同纱线张力大小、控制误差、以及络筒机卷绕速度的情况下，对硬件电路进行设计和仿真，并对器件进行了具体选型。
　　软件算法主要根据纱线粗细、弹性和张力大小，组合采用分时分段PID算法、FFT信号分析方法、以及Fibonacci调节方法。经在络筒机上现场测试，纱线恒张力控制稳定，成形良好，基本达到纱线生产厂家的提出的质量要求。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2 电子纱线恒张力控制系统概述

1.3 国内外电子纱线张力控制系统的现状和发展趋势

1.4 课题研究的内容和工作

1.5 本章小结

第2章 纱线恒张力控制系统总体设计

2.1 系统的工作原理和框架

2.2 纱线恒张力控制系统方案设计

2.3 纱线恒张力控制系统硬件方案设计

2.4 纱线恒张力系统软件设计

2.5 本章小结

第3章 纱线恒张力控制系统硬件设计

3.1 控制器电路的设计

3.2信号放大电路的设计

3.3 驱动电路的设计

3.4 通信电路的设计

3.5 直流供电电路的设计

3.6 标定和电机测试

3.7 本章小结

第4章 算法和控制策略的设计与实现

4.1滤波算法设计

4.2 BLDCM非线性补偿算法

4.3 纱线恒张力控制系统控制策略探究

4.4 本章小结

第5章 纱线恒张力控制系统软件设计

5.1 底层软件设计

5.2 数据通信程序设计

5.3 变张力控制程序设计

5.4 电机霍尔频率测量程序设计

5.5 本章小结

第6章 实验室测试与现场调试

6.1 实验室测试

6.2 现场调试

6.3 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附 录：