并条机棉条匀整过程及控制技术研究与系统实现

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随着国际市场竞争的日益加剧,提高纺织品的质量和技术含量已成为纺织业无法避免的选择。其中并条作为纺纱中重要的一道工序,并条后棉条的均匀程度直接影响着后续工序以及最终产品的质量。因此,为了提高纺纱和纺织产品的质量,必须采用有效的自调匀整控制系统来提高并条后棉条的均匀率。  目前,由于国内自主开发的自调匀整系统在性能上还无法与国外产品相比,因此纺织企业使用的自调匀整装置基本以进口为主。这种状况不但增加了企业成本而且限制了技术的升级不能从根本上提高纺织业水平。因此对匀整过程的机理进行分析并在此基础上设计出高性能的自调匀整控制系统,对我国纺织行业产品质量的提升和技术的提高都具有重要的意义和价值。  本文在分析并条机棉条匀整过程的基础上,根据系统的性能需求提出了控制器的总体架构,设计了基于ARM和FPGA的自调匀整控制平台,并分析了其中的组成单元,然后给出了硬件模块和软件结构。  本文分析了罗拉结构参数和棉条牵伸速度对输出棉条的影响;对棉条牵伸中的纤维运动行为进行分析并提出了一种浮游纤维运动的分析方程,从中可得到纤维头端变速分布规律;建立了一种棉条线性密度变化方程,可以分析出输出棉条的线性密度。  鉴于高速并条机的牵伸机理较为复杂,而且工作环境不同和参数的变化,目前还不能建立精确实用的数学模型。本文采用系统参数辨识方法,提出了基于最小二乘法辨识的自调匀整系统一阶和二阶模型,并且在并条机上面对该模型进行了验证,为设计控制系统提供了依据。  从控制理论的角度分析,自调匀整过程一个复杂的非线性、强扰动和大延迟的时变动态过程,传统的PID控制算法很难对其进行理想的控制。为此,本文提出了三种自调匀整算法,即:基于广义预测的自调匀整控制算法、基于神经网络的PID自调匀整控制算法和基于遗传算法的PID自调匀整控制算法,并对这三种策略进行了实验和验证,最后选择基于神经网络的PID控制作为所开发的自调匀整控制系统的控制策略。  最后,将所开发的自调匀整控制系统在天门纺织机械有限公司的D81L并条机上进行了调试与实验,采集数据进行分析,并与 Uster的控制器进行比较,结果表明该系统稳定性良好。目前该并条机已通过中国纺织协会组织的专家鉴定,认为其整体技术水平达到“国际先进”,并已由该公司在全国范围内推广。
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