一种储纬器间歇储纬过程的迭代学习速度控制方法

摘要

一种储纬器间歇储纬过程的迭代学习速度控制方法，包括如下步骤：依据织机引纬速度v引纬、引纬长度l引纬、最短引纬间隔时间T最短引纬间隔，选取储纬器储纬时间T储纬≤T最短引纬间隔，规划储纬速度参考轨迹v*(t)分为速度上升段、速度恒定段和速度下降段；依据储纬速度参考轨迹v*(t),采用PI反馈和迭代学习前馈的间歇速度控制；储纬量控制采用具有死区的比例控制，依据储纬量控制精度要求选取储纬量偏差阈值ε，P控制输出量为Δt恒速，以调整储纬速度参考轨迹的速度恒定段时间以及迭代学习前馈的恒速段控制量作用时间。

说明书

（一）技术领域

本发明属于迭代学习控制技术在储纬器间歇储纬过程的应用。

（二）背景技术

随着织造技术的发展，现代无梭织机入纬速率有了很大的提高。在高速引纬 情况下,要避免引纬张力剧烈波动，使引入梭口的每根纬纱张力保持均匀一致； 从而达到减少引纬断头、提高织物质量的目的；使用性能优良的储纬器是非常重 要的。储纬器的主要功能有储存纬纱、均衡张力和定长纬纱；织机每一次引纬都 会消耗一定数量的纬纱，为了保证有基本恒定的储纬量，织机引纬消耗的纬纱， 储纬器需要及时补充纬纱。目前,储纬器通常采用“变频器+电动机+存储纬纱量 传感器”的形式,它的特点是储纬电机在织造过程中始终处于连续转动状态，移 动传感器可以调整纬纱存储量,通过传感器信号控制储纬器的开停。当织造面料 幅宽一定和花色单一时,从不同储纬器引纬的间隔时间相对固定，由变频器驱动 电机改变储纬器储纬速度以适应织机不同引纬速度。但是，当织造面料花色复杂 时，织机消耗哪一个储纬器的纬纱是变化的，不同储纬器被引纬的间隔时间不确 定，储纬器事先不能预知织机引纬间隔时间、难以及时调整储纬速度，使得储纬 器的储纬量波动大；当引纬间隔时间短时，储纬量快速减少，甚至出现引纬断头； 当引纬间隔时间长时，储纬量快速堆积。为了适应织造面料花色变化，出现了一 种电子鼓式测长储纬器,储纬器储纬与织机引纬的动作同步，可以按需要的引纬 圈数储纬，维持储纬量恒定；但是由于对储纬量和储纬速度控制要求高，实际中 应用不多。

实际上，织机引纬过程是一种间歇过程，储纬操作要与引纬操作同步，储纬 速度可采用间歇控制方法；尤其当织造面料门幅一定时，储纬过程表现为一种重 复操作过程；出现于20世纪80年代的迭代学习控制（ILC）非常适用这种具有 重复操作性质的被控过程，是实现精确控制的一种有效控制技术。因此，储纬器 储纬过程采用间歇控制方式，需要应用迭代学习控制技术解决储纬与引纬同步、 储纬量维持恒定的问题，以适应织造面料花色变化、提高织造面料质量。

（三）发明内容

本发明针对现有技术中储纬器储纬与织机引纬同步、储纬量维持恒定的控制 不佳的缺点，提供一种适用于储纬器间歇储纬过程的迭代学习速度控制方法。

本发明依据织机引纬速度、引纬长度和最短引纬间隔时间，规划储纬速度参 考轨迹，设计迭代学习速度控制算法跟踪储纬速度参考轨迹，设计储纬量偏差补 偿算法调整储纬速度参考轨迹。

本发明的储纬速度参考轨迹规划方法为：已知织机引纬速度v_引纬、引纬长度 l_引纬、最短引纬间隔时间T_{最短引纬间隔}（其中l_引纬/v_引纬<T_{最短引纬间隔}），选取储纬器储 纬时间T_储纬≤T_{最短引纬间隔}，规划储纬速度参考轨迹v^*(t)分为速度上升段、速度恒 定段和速度下降段，且满足下式

其中T_储纬=t_上升+t_恒速+t_下降,t_上升为速度上升段时间、t_恒速为速度恒定段时间,t_下降为速度下降段时间。

本发明的储纬器迭代学习速度控制算法为：每次织机引纬同步触发一次储纬 器储纬操作，依据储纬速度参考轨迹v^*(t),采用比例-积分（PI）反馈和迭代学 习前馈的速度控制方法，控制实际储纬速度v(t)快速精确跟踪v^*(t)。

本发明的储纬量偏差补偿算法为：依据设定储纬量y_设定和实际储纬量y_实际的 偏差e=y_设定-y_实际；当|e|>ε（其中ε为选取的储纬量偏差阈值）时，按 调节t_恒速，对下一次储纬操作的 速度参考轨迹v^*(t)进行修正。

本发明所述的一种储纬器间歇储纬过程的迭代学习速度控制方法，其特征在 于，具体步骤如下：

（1）依据织机引纬速度v_引纬、引纬长度l_引纬、最短引纬间隔时间T_{最短引纬间隔}， 选取储纬器储纬时间T_储纬≤T_{最短引纬间隔}，规划储纬速度参考轨迹v^*(t)分为速度上 升段、速度恒定段和速度下降段，且满足下式

其中T_储纬=t_上升+t_恒速+t_下降。

（2）依据储纬速度参考轨迹v^*(t),采用PI反馈和迭代学习前馈的间歇速度 控制，

$u_k^{\mathrm{ILC}}\left(t\right)=u_{k-1}\left(t\right)+{\mathrm{Le}}_{k-1}^v\left(t\right)---\left(2\right)$

$u_k\left(t\right)=u_k^{\mathrm{ILC}}\left(t\right)+u_k^{\mathrm{PI}}\left(t\right)---\left(3\right)$

其中t∈[0,T_储纬]，k表示第k次储纬操作，L为学习增益，为第k次储纬 速度偏差量，为第k次储纬PI反馈控制量，为第k次储纬迭代学习 前馈控制量。

（3）储纬量控制采用具有死区的比例控制，依据储纬量控制精度要求选取 储纬量偏差阈值ε，P控制输出量为Δt_恒速，如下式所示：

其中K_P为比例增益。设定储纬量y_设定和实际储纬量y_实际的偏差e=y_设定-y_实际。 依据Δt_恒速修正储纬速度参考轨迹v^*(t)的恒速段时间为即

同时，当Δt_恒速>0时，延长的恒速段控制量作用时间|Δt_恒速|；当Δt_恒速<0 时，缩短的恒速段控制量作用时间|Δt_恒速|。

进一步，步骤（1）中，织机引纬和储纬器储纬的纬纱长度相同，结合储纬 器电机参数选取加减速轨迹类型、恒速段速度速度上升段时间t_上升、速度 恒定段时间t_恒速和速度下降段时间t_下降。

步骤（2）中，第1次储纬操作时，仅采用PI反馈控制；第2次及以后储纬 操作，将上一次的偏差信号和控制信号按时间顺序依次存储在内存单元中，采用 PI反馈和迭代学习前馈控制；织机每次引纬同步触发一次储纬速度跟踪控制。

步骤（3）中，依据储纬量控制精度要求选取储纬量偏差阈值，依据储纬量 偏差调整储纬速度参考轨迹的速度恒定段时间以及迭代学习前馈的恒速段控制 量作用时间。

本发明的储纬器速度控制方法，针对间歇的储纬操作，利用迭代学习前馈提 高跟踪储纬速度参考轨迹的精度和快速性，依据储纬量偏差修正储纬速度参考轨 迹并调节克服了迭代学习控制的参考轨迹一致性限制，补偿了储纬量偏 差，能实现储纬器储纬与织机引纬同步、维持储纬量稳定。

附图说明

图1为采用本发明方法的储纬器储纬量和储纬速度控制的系统结构图。整个 控制系统采用电流控制环、储纬速度控制环和储纬量控制环的三环控制结构。

图2为本发明实施例中规划的储纬速度参考轨迹。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例

考虑如图1所示的储纬器储纬量和储纬速度控制系统，系统包含电流控制 环、储纬速度控制环和储纬量控制环。采用本发明方法在储纬速度控制环实施迭 代学习前馈控制和PI反馈控制，在储纬量控制环实施比例控制调节恒速段时间、 修正迭代学习前馈控制量。针对某一台无梭织机,配有4台储纬器，每一储纬器 最短引纬间隔时间0.3秒，每次引纬从储纬器储纬鼓上引出6圈纬纱，设定储纬 量为30圈，要求储纬量偏差小于6圈，储纬速度平稳。具体实施本发明的步骤 如下：

（1）规划如图2所示S曲线加减速类型储纬速度参考轨迹，其中 速度上升段时间t_上升=0.06秒、速度恒定段时间t_恒速=0.18秒和 速度下降段时间t_下降=0.06秒。

（2）设计迭代学习速度控制算法，如下

$u_k^{\mathrm{ILC}}\left(t\right)=u_{k-1}\left(t\right)+{\mathrm{Le}}_{k-1}^v\left(t\right)$

$u_k\left(t\right)=u_k^{\mathrm{ILC}}\left(t\right)+u_k^{\mathrm{PI}}\left(t\right)$

其中学习增益L=0.2；第1次储纬操作时，仅采用PI反馈控制；第2次及以后 储纬操作，上一次的偏差信号和控制信号按时间顺序依次存储在内存单元中，采 用PI反馈和迭代学习前馈控制。织机每次引纬同步触发一次储纬速度控制，实 现储纬速度v(t)精确跟踪参考轨迹v^*(t)。

（3）设计储纬量控制算法，储纬量控制采用具有死区的比例（P）控制，依 据储纬量控制精度要求选取储纬量偏差阈值ε=2圈，P控制输出量为Δt_恒速，如 下式所示：

其中比例增益依据Δt_恒速修正储纬速度参考轨迹v^*(t)的 恒速段时间为即

同时，当Δt_恒速>0时，延长的恒速段控制量作用时间|Δt_恒速|；当Δt_恒速<0 时，缩短的恒速段控制量作用时间|Δt_恒速|。

通过规划储纬速度参考轨迹、实施PI反馈和迭代学习前馈控制，提高了储 纬速度控制精度和平稳性，实现了储纬与引纬操作的同步；通过储纬量控制调节 速度恒定段时间，修正储纬速度参考轨迹和迭代学习控制量，减小了储纬量变化 幅度。因此，通过实施本发明方法，实现了储纬与引纬操作的同步，保证了纬纱 张力的一致性，提高了织物质量。