個(gè)人理解的張力控制

什么是張力控制:所謂的張力控制,通俗點(diǎn)講就是要能控制電機(jī)輸出多大的力，即輸出多少牛頓。反應(yīng)到電機(jī)軸即能控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距。真正的張力控制不同于靠前后兩個(gè)動(dòng)力點(diǎn)的速度差形成張力的系統(tǒng),靠速度差來調(diào)節(jié)張力的實(shí)質(zhì)是對(duì)張力的PID控制，要加張力傳感器。而且在大小卷啟動(dòng)、停止、加速、減速、停車時(shí)的調(diào)節(jié)不可能做到象真正的張力控制的效果，張力不是很穩(wěn)定?？隙〞?huì)影響生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量。用變頻器做恒張力控制的實(shí)質(zhì)是死循環(huán)矢量控制，即加編碼器反饋。對(duì)收卷來說，收卷的卷經(jīng)是由小到大變化的，為了保證恒張力，所以要求電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距要由小到大變化。同時(shí)在不同的操作過程，要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償。即小卷啟動(dòng)的瞬間，加速，減速，停車，大卷啟動(dòng)時(shí)，要在不同卷經(jīng)時(shí)進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償,這樣就能使得收卷的整個(gè)過程很穩(wěn)定，避免小卷時(shí)張力過大;大卷啟動(dòng)時(shí)松紗的現(xiàn)象。二.張力控制變頻收卷在紡織行業(yè)的應(yīng)用及工藝要求傳統(tǒng)收卷裝置的弊端紡織機(jī)械如:漿紗機(jī)、漿染聯(lián)合機(jī)、并軸機(jī)等設(shè)備都會(huì)有收卷的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的收卷都是采用機(jī)械傳動(dòng)，因?yàn)闄C(jī)械的同軸傳動(dòng)對(duì)于機(jī)械的磨損是非常嚴(yán)重的，據(jù)了解,用于同軸傳動(dòng)部分的機(jī)械平均壽命基本上是一年左右。而且經(jīng)常要維護(hù)，維護(hù)的時(shí)候也是非常麻煩的，不僅浪費(fèi)人力而且維護(hù)費(fèi)用很高，給客戶帶來了很多的不便。尤其是紡織設(shè)備基本上是開機(jī)后不允許中途停車的，如發(fā)生意外情況需要停車會(huì)造成很大的浪費(fèi)。在這種情況下,張力控制變頻收卷開始逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。張力控制變頻收卷的工藝要求*在收卷的整個(gè)過程中都保持恒定的張力。張力的單位為:牛頓或公斤力。*在啟動(dòng)小卷時(shí)，不能因?yàn)閺埩^大而斷紗;大卷啟動(dòng)時(shí)不能松紗。*在加速、減速、停止的狀態(tài)下也不能有上述情況出現(xiàn)。*要求將張力量化,即能設(shè)定張力的大小（力的單位），能顯示實(shí)際卷徑的大小。張力控制變頻收卷的優(yōu)點(diǎn)*張力設(shè)定在人機(jī)上設(shè)定,人性化的操作，單位為力的單位:牛頓.*使用先進(jìn)的控制算法:卷徑的遞歸運(yùn)算;空心卷徑激活時(shí)張力的線性遞加；張力錐度計(jì)算公式的應(yīng)用;轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)調(diào)整等等.*卷徑的實(shí)時(shí)計(jì)算，精確度非常高，保證收卷電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性能好。并且在計(jì)算卷徑時(shí)加入了卷徑的遞歸運(yùn)算，在操作失誤的時(shí)候，能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值。*因?yàn)槭站硌b置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很大的，卷徑由小變大時(shí)。如果操作人員進(jìn)行加速、減速、停車、再激活時(shí)很容易造成爆紗和松紗的現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致紗的質(zhì)量。而進(jìn)行了變頻收卷的改造后，在上述各種情況下，收卷都很穩(wěn)定，張力始終恒定。而且經(jīng)過PLC的處理，在特定的動(dòng)態(tài)過程，加入一些動(dòng)態(tài)的調(diào)整措施，使得收卷的性能更好。*在傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)收卷的基礎(chǔ)上改造成變頻收卷,非常簡便而且造價(jià)低，基本上不需對(duì)原有機(jī)械進(jìn)行改造。改造周期小，基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成。*克服了機(jī)械收卷對(duì)機(jī)械磨損的弊端，延長機(jī)械的使用壽命。方便維護(hù)設(shè)備。三.變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程*卷徑的計(jì)算原理:根據(jù)V1=V2來計(jì)算收卷的卷徑。因?yàn)閂1=31*R1,V2=32*Rx.因?yàn)樵谙嗤臅r(shí)間內(nèi)由測長輥?zhàn)哌^的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/At=L2/At,An1*C1=An2*C2/i（An1---單位時(shí)間內(nèi)牽引電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、An2---單位時(shí)間內(nèi)收卷電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、C1---測長輥的周長、C2---收卷盤頭的周長、i---減速比）An1*n*D1二An2*n*D2/iD2=An1*D1*i/An2，因?yàn)锳n2=AP2/P2（AP2---收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2---收卷編碼器的線數(shù)）.An1=AP1/P1取An1=1,即測長輥轉(zhuǎn)一圈，由霍爾開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)接到PLC.那么D2=D1*i*P2/AP2，這樣收卷盤頭的卷徑就得到了.*收卷的動(dòng)態(tài)過程分析：要能保證收卷過程的平穩(wěn)性，不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定.需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償.整個(gè)系統(tǒng)要激活起來,首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，簡稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩，靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間起作用；正常運(yùn)行時(shí)要克服滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生地滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行當(dāng)中一直都存在，并且在低速、高速時(shí)的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償，系統(tǒng)在加速、減速、停車時(shí)為克服系統(tǒng)的慣量，也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)牧颗c運(yùn)行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系.在不同車速的時(shí)候，補(bǔ)償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、激活轉(zhuǎn)矩;克服了這些因素，還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩,通過計(jì)算出的實(shí)時(shí)卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小，經(jīng)過減速比折算到電機(jī)軸.這樣就分析出了收卷整個(gè)過程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^程?？偨Y(jié)：電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩二靜摩擦轉(zhuǎn)矩（激活瞬間）+滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩.<1>在加速時(shí)還要加上加速轉(zhuǎn)矩;<2>在減速時(shí)要減去減速轉(zhuǎn)矩.<3>停車時(shí)，因?yàn)槭峭ㄟ^程控減速至設(shè)定的最低速,所以停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理.*轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn).靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:因?yàn)殪o摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間存在,在系統(tǒng)激活后就消失了.因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償是以計(jì)算后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補(bǔ)償..滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程中都是起作用的.補(bǔ)償?shù)拇笮∫允站黼姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn).補(bǔ)償量的大小與運(yùn)行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時(shí)，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。.加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償:補(bǔ)償硬一收卷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn),相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。*計(jì)算當(dāng)中的公式計(jì)算.已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm;線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設(shè)定最大值Fmax=50kg(約等于500牛頓)；減速比i=9;速度的限制如下：因?yàn)?V=n*D*n/i(對(duì)于收卷電機(jī))=>收卷電機(jī)在空芯卷徑時(shí)的轉(zhuǎn)速是最快的.所以：90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min;.因?yàn)槲覀冎雷冾l器工作在低頻時(shí)，交流異步電機(jī)的特性不好，激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性.因此在收卷的整個(gè)過程中要盡量避免收卷電機(jī)工作在2HZ以下.因此:收卷電機(jī)有個(gè)最低速度的限制.計(jì)算如下：對(duì)于四極電機(jī)而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min.=>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min當(dāng)達(dá)到最大卷徑時(shí)，可以求出收卷整個(gè)過程中運(yùn)行的最低速.V二n*D*n/i=>Vmin=3.14*1.2*60/9=25.12m/min.張力控制時(shí)，要對(duì)速度進(jìn)行限制,否則會(huì)出現(xiàn)飛車.因此要限速..張力及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下：如果F*D/