專利名稱：智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于針織機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及經(jīng)編機(jī)電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，特別是基于模糊免疫(Fuzzy Immune, FI)-單神經(jīng)兀自適應(yīng)PID (Single NeuronAdaptive PID, SNAPID)控制算法的智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
送經(jīng)系統(tǒng)是經(jīng)編機(jī)中最重要的組成部分之一，送經(jīng)系統(tǒng)按其控制形式不同，分為機(jī)械式送經(jīng)系統(tǒng)(FAG)、單雙速定長(zhǎng)電子送經(jīng)系統(tǒng)(EBA)、多速經(jīng)編電子送經(jīng)系統(tǒng)(EBC)等類型，送經(jīng)系統(tǒng)控制性能優(yōu)劣直接影響到經(jīng)編產(chǎn)品的品質(zhì)和可編織花型品種的多少。多速EBC電子送經(jīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在于基于此的經(jīng)編機(jī)具備生產(chǎn)復(fù)雜花紋織·物的能力。多速經(jīng)編生產(chǎn)過(guò)程中需要編織多種送經(jīng)量(序列)，在每個(gè)序列切換的過(guò)程中經(jīng)軸電機(jī)必須做出快速反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)送經(jīng)量的突變。如果電機(jī)的響應(yīng)速度不夠快或是不夠平穩(wěn)，將導(dǎo)致經(jīng)紗張力波動(dòng)，布面上就會(huì)留下明顯的橫條，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外機(jī)械式送經(jīng)系統(tǒng)(FAG)及單雙速電子送經(jīng)系統(tǒng)(EBA)技術(shù)都已相當(dāng)成熟。但目前對(duì)于多速經(jīng)編電子送經(jīng)系統(tǒng)(EBC)的研究仍處于探索階段。隨著人們對(duì)經(jīng)編產(chǎn)品質(zhì)量和花色品種要求的提高，迫切需要經(jīng)編機(jī)配置高性能的多速經(jīng)編電子送經(jīng)系統(tǒng)(EBC)。因此，人們開(kāi)發(fā)了一些多速經(jīng)編電子送經(jīng)系統(tǒng)(EBC)。例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200610039512. 4，名為“經(jīng)編機(jī)電子送經(jīng)系統(tǒng)”的中國(guó)專利中，涉及一種經(jīng)編機(jī)電子送經(jīng)系統(tǒng)，它由主電機(jī)、主軸編碼器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、變頻器、伺服控制器、伺服電機(jī)、送經(jīng)箱體和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)組成，其計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)主電機(jī)的控制，在接收主軸編碼器對(duì)主電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)基礎(chǔ)上，結(jié)合輸入的工藝參數(shù)，發(fā)出各種運(yùn)行指令。該發(fā)明具備高速性能、送經(jīng)量準(zhǔn)確穩(wěn)定、調(diào)整方便，可控制多根經(jīng)軸，運(yùn)行處理時(shí)間短，且采用多重速度和位置反饋，因此能實(shí)時(shí)可靠地作出最佳動(dòng)態(tài)調(diào)整，在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)故障作出響應(yīng)，以保護(hù)設(shè)備和織造物。采用這樣的技術(shù)如是對(duì)產(chǎn)品的花色和質(zhì)量要求不太高當(dāng)然也可以正常使用，但對(duì)產(chǎn)品的花色和質(zhì)量要求較高的經(jīng)編產(chǎn)品，由于工藝特點(diǎn)要求系統(tǒng)具備高精度高速頻繁切換響應(yīng)的性能，而該技術(shù)僅是采用常規(guī)的數(shù)字PID控制系統(tǒng)，雖也能使用，但算法簡(jiǎn)單，智能化程度不夠高，使用起來(lái)效果還不夠理想。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種智能化程度高，控制效果更好，能適應(yīng)多速經(jīng)編機(jī)在送經(jīng)速度快速頻繁切換時(shí)具有優(yōu)良控制性能的智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)。本實(shí)用新型為達(dá)到上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)，包括連接有參數(shù)設(shè)定輸入裝置的數(shù)字PID主控制器、變頻器、設(shè)置在主軸電機(jī)上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器、設(shè)置在經(jīng)軸電機(jī)上的經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器；主控制器通過(guò)變頻器與主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接，主軸轉(zhuǎn)速編碼器輸出端與主控制器的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，其特征在于還包括數(shù)字經(jīng)軸從控制器，所述的從控制器是多組并聯(lián)反饋連接的數(shù)字PID控制器，該從控制器包括PID模塊、單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊和模糊免疫優(yōu)化算法模塊；從控制器的反饋輸出端與主控制器的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，從控制器的輸入端與主控制器的一個(gè)輸出端電信號(hào)連接。所述的從控制器的輸出端通過(guò)光電耦合器與智能功率模塊的輸入端電信號(hào)連接，智能功率模塊的輸出端與經(jīng)軸電機(jī)連接，經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器的輸出端與從控制器的反饋輸入端電信號(hào)連接。所述的從控制器是一個(gè)閉環(huán)反饋控制器，其主通道是PID模塊，包括串接的單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道和增益選擇通道；反饋通道包括單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊和模糊免疫優(yōu)化算法模塊；單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊的輸出端與單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道輸入端信號(hào)連接；模糊免疫優(yōu)化算法模塊的輸出端與增益選擇通道輸入端信號(hào)連接。 本實(shí)用新型的有益效果是由于設(shè)置有數(shù)字經(jīng)軸從控制器，該從控制器主通道是PID模塊，反饋通道包括單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊和模糊免疫優(yōu)化算法模塊；單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊的輸出端與單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道輸入端信號(hào)連接；模糊免疫優(yōu)化算法模塊的輸出端與增益選擇通道輸入端信號(hào)連接；將人工免疫反饋機(jī)理算法融入現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)SNAPID算法，通過(guò)模糊邏輯規(guī)則實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)增益系數(shù)的在線模糊非線性自適應(yīng)調(diào)整當(dāng)序列切換時(shí)，可提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力；當(dāng)序列切換完成進(jìn)入恒速送經(jīng)狀態(tài)時(shí)，又可減小增益系數(shù)以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而滿足多速電子送經(jīng)系統(tǒng)多速高精度高速頻繁切換的系統(tǒng)控制要求。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。其中圖I是本實(shí)用新型的整體組成框圖；圖2是本實(shí)用新型從控制器部分的組成框圖。附圖中的標(biāo)記編號(hào)說(shuō)明如下輔助功能模塊I、主控制器2、變頻器3、主軸轉(zhuǎn)速編碼器4、從控制器5、光電耦合器6、智能功率模塊7、經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器8、單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道9、增益選擇通道10、單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊11、模糊免疫優(yōu)化算法模塊1具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例，如圖I、圖2所示，智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)，包括連接有參數(shù)設(shè)定輸入裝置的數(shù)字PID主控制器2、變頻器3、設(shè)置在主軸電機(jī)上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器
4、設(shè)置在經(jīng)軸電機(jī)上的經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器8 ;主控制器2通過(guò)變頻器3與主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接，主軸轉(zhuǎn)速編碼器4輸出端與主控制器2的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，其特征在于還包括數(shù)字經(jīng)軸從控制器5，所述的從控制器5是多組并聯(lián)反饋連接的數(shù)字PID控制器，該從控制器5包括PID模塊、單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊11和模糊免疫優(yōu)化算法模塊12 ;從控制器5的反饋輸出端與主控制器2的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，從控制器5的輸入端與主控制器2的一個(gè)輸出端電信號(hào)連接。[0019]所述的從控制器5的輸出端通過(guò)光電I禹合器6與智能功率模塊7的輸入端電信號(hào)連接，智能功率模塊7的輸出端與經(jīng)軸電機(jī)連接，經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器8的輸出端與從控制器5的反饋輸入端電信號(hào)連接。所述的從控制器5是一個(gè)閉環(huán)反饋控制器，其主通道是PID模塊，包括串接的單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道9和增益選擇通道10 ;反饋通道包括單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊11和模糊免疫優(yōu)化算法模塊12 ;單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊11的輸出端與單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道9輸入端信號(hào)連接；模糊免疫優(yōu)化算法模塊12的輸出端與增益選擇通道10輸入端信號(hào)連接。本實(shí)用新型的硬件組成原理是多速EBC經(jīng)編電子送經(jīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，整體主要由主控制系統(tǒng)模塊、從控制系統(tǒng)模塊和輔助功能模塊等三部分組成。 一、主控制系統(tǒng)部份主控制器以高性能嵌入式一體化工控機(jī)/觸摸屏TPC70-62K為控制核心，搭載MCGS組態(tài)軟件。主要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果，在控制面板(觸摸屏)輸入主要參數(shù)，如經(jīng)軸滿軸外周長(zhǎng)、內(nèi)周長(zhǎng)和送經(jīng)量等工藝參數(shù)，控制單元對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化并計(jì)算電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，作為一控制信號(hào)傳送到經(jīng)軸伺服控制系統(tǒng)。另外，主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)和USB兩種方式與外界交換數(shù)據(jù)，也為多臺(tái)編織機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)和管理提供基礎(chǔ)。二、從控制系統(tǒng)部份從控制器5是六個(gè)相互獨(dú)立且并聯(lián)反饋連接的經(jīng)軸從伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用ATmegal6高性能單片機(jī)為控制核心，采用FI-SNAPID控制算法，根據(jù)主控系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)，輸出PWM控制信號(hào)到智能功率模塊7以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)經(jīng)減速齒輪箱帶動(dòng)經(jīng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使盤(pán)頭送出要求的送紗量，實(shí)現(xiàn)高精度多速送經(jīng)。在設(shè)計(jì)中采用的智能功率模塊7為日本東芝的MIG20J106L，其主要特點(diǎn)是將輸出功率組件和驅(qū)動(dòng)電路、多種保護(hù)電路集成在同一模塊內(nèi)，并可將監(jiān)測(cè)到的過(guò)壓、過(guò)熱等故障信號(hào)送給控制電路，即使發(fā)生過(guò)載或使用不當(dāng)，也可保證自身不受損壞，大幅提高了設(shè)計(jì)效率和增加了直流伺服系統(tǒng)的可靠性。三、輔助功能系統(tǒng)部份輔助功能模塊I通過(guò)主軸轉(zhuǎn)速編碼器4和經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器8測(cè)速、抗干擾設(shè)計(jì)以及在機(jī)臺(tái)上安裝多種傳感器，實(shí)現(xiàn)掉電、過(guò)熱等智能保護(hù)，自動(dòng)故障檢測(cè)、報(bào)警等功能。其中最為重要的是掉電保護(hù)功能。這是因?yàn)樵趯?shí)際的經(jīng)編生產(chǎn)過(guò)程中，如出現(xiàn)意外停電，主機(jī)由于慣性較大會(huì)繼續(xù)工作3至5秒，但是伺服系統(tǒng)已停止工作，這樣就會(huì)出現(xiàn)經(jīng)編機(jī)還在運(yùn)行卻經(jīng)軸卻已停止送紗的情況，極易出現(xiàn)崩紗，造成較大損失。其次，故障檢測(cè)也尤為重要。一種情況是當(dāng)檢測(cè)到主控制器2已發(fā)出對(duì)從控制器5的控制信號(hào)，但是伺服電機(jī)由于故障未響應(yīng)，也就是機(jī)器已工作，但是經(jīng)軸卻沒(méi)有送經(jīng)，此時(shí)需要立即發(fā)出故障反饋信號(hào)到主機(jī)，以控制機(jī)器停止工作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；還有一種情況是由于伺服控制系統(tǒng)故障，不能精確跟蹤主軸，導(dǎo)致運(yùn)行一段時(shí)間后送經(jīng)量會(huì)出現(xiàn)較大偏差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此需要設(shè)定偏差上限，過(guò)限后需要停機(jī)報(bào)警。本實(shí)用新型基于模糊免疫-單神經(jīng)元自適應(yīng)PID (FI-SNAPID)控制的原理是一、多速經(jīng)編生產(chǎn)工藝控制原理[0033]按經(jīng)編生產(chǎn)工藝要求，多速電子送經(jīng)系統(tǒng)可以編制多種不同的序列，并要求從一個(gè)送經(jīng)序列向另一個(gè)送經(jīng)序列變化時(shí)，不得在布面上留下明顯橫條，即這個(gè)過(guò)程必須在一個(gè)橫列內(nèi)完成。因此，在設(shè)計(jì)控制程序時(shí)，一般將多速送經(jīng)過(guò)程分解為序列切換和在每個(gè)序列內(nèi)的恒速送經(jīng)這兩個(gè)過(guò)程。恒速送經(jīng)過(guò)程假設(shè)經(jīng)軸每退繞一圈，經(jīng)軸外周長(zhǎng)的減少量是一個(gè)常量；經(jīng)軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與送經(jīng)量和主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的運(yùn)算關(guān)系推導(dǎo)如下經(jīng)軸現(xiàn)時(shí)周長(zhǎng)-Li = L1-(L1-L2)Z1ZZ (式 I)(式I)中=Li為經(jīng)軸的現(xiàn)時(shí)周長(zhǎng)(mm)為經(jīng)軸的滿卷周長(zhǎng)(mm) ；L2為經(jīng)軸的空軸周長(zhǎng)(mm) ；Z為經(jīng)軸滿卷時(shí)的卷繞圈數(shù)(Li為從經(jīng)軸滿卷至現(xiàn)時(shí)經(jīng)軸退繞總?cè)?shù)?！そ?jīng)軸電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速=N1 = FN2T/480Li (式2)(式2)中=N1為經(jīng)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/s-1)，F(xiàn)為送經(jīng)量，I轉(zhuǎn)為480橫列；N2為主軸轉(zhuǎn)速(r/V1)，T為經(jīng)軸和電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速比，Li為經(jīng)軸外周長(zhǎng)(mm)。序列切換控制對(duì)于多速送經(jīng)系統(tǒng)，在一個(gè)循環(huán)中，存在多個(gè)序列，每個(gè)序列又有多個(gè)橫列(恒速過(guò)程)，并對(duì)應(yīng)相應(yīng)的送經(jīng)量。當(dāng)產(chǎn)品類型確定下來(lái)，即一個(gè)花型循環(huán)中的序列數(shù)q(每個(gè)序列包含h個(gè)橫列)和橫列總數(shù)H也就相應(yīng)的確定下來(lái)，即H= hi+h；^.. hq (式 3)因此在開(kāi)機(jī)后，主控系統(tǒng)通過(guò)記錄主軸編碼器在一個(gè)循環(huán)中已發(fā)送的脈沖個(gè)數(shù)，確定當(dāng)前已織橫列數(shù)，進(jìn)而判斷出所處的序列。當(dāng)判斷當(dāng)前序列所要求的橫列都已編織完，需要轉(zhuǎn)入下一序列，則結(jié)束恒速送經(jīng)過(guò)程，根據(jù)工藝要求，在下個(gè)橫列內(nèi)快速調(diào)整好經(jīng)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，平穩(wěn)的進(jìn)入下一序列。二、現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SNAPID控制算法控制原理標(biāo)準(zhǔn)的離散SNAPID控制算法描述如下
u[k] = n[k-\} + K兔 Wi [/ ]χ; [Ar](式 4 )
Wi w=w,ik]/ Zhwl(式 5 )
I 1=1W1 [k] = W1 [k-1] + n Pe [k] u [k] X2 [k] (式 6)W2 [k] = W1Lk-I]+n Jetklutklx1 [k] (式 7)W3[k] = w3[k-l]+nDe[k]u[k]x3[k] (式 8)(式4)至(式8)中相關(guān)的符號(hào)定義如表I所示。表I.標(biāo)準(zhǔn)離散SNAPID控制算法符號(hào)定義
權(quán)利要求1.智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)，包括連接有參數(shù)設(shè)定輸入裝置的數(shù)字PID主控制器、變頻器、設(shè)置在主軸電機(jī)上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器、設(shè)置在經(jīng)軸電機(jī)上的經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器；主控制器通過(guò)變頻器與主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接，主軸轉(zhuǎn)速編碼器輸出端與主控制器的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，其特征在于還包括數(shù)字經(jīng)軸從控制器，所述的從控制器是多組并聯(lián)反饋連接的數(shù)字PID控制器，該從控制器包括PID模塊、單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊和模糊免疫優(yōu)化算法模塊；從控制器的反饋輸出端與主控制器的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，從控制器的輸入端與主控制器的一個(gè)輸出端電信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)，其特征在于所述的從控制器的輸出端通過(guò)光電耦合器與智能功率模塊的輸入端電信號(hào)連接，智能功率模塊的輸出端與經(jīng)軸電機(jī)連接，經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器的輸出端與從控制器的反饋輸入端電信號(hào)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)，其特征在于所述的從控制器是一個(gè)閉環(huán)反饋控制器，其主通道是PID模塊，包括串接的單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道和增益選擇通道；反饋通道包括單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊和模糊免疫優(yōu)化算法模塊；單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊的輸出端與單神經(jīng)元權(quán)系數(shù)選擇通道輸入端信號(hào)連接；模糊免疫優(yōu)化算法模塊的輸出端與增益選擇通道輸入端信號(hào)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種智能經(jīng)編多速電子送經(jīng)系統(tǒng)，包括連接有參數(shù)設(shè)定輸入裝置的數(shù)字PID主控制器、變頻器、設(shè)置在主軸電機(jī)上的主軸轉(zhuǎn)速編碼器、設(shè)置在經(jīng)軸電機(jī)上的經(jīng)軸轉(zhuǎn)速編碼器；主控制器通過(guò)變頻器與主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接，主軸轉(zhuǎn)速編碼器輸出端與主控制器的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，還包括數(shù)字經(jīng)軸從控制器，從控制器是多組并聯(lián)反饋連接的數(shù)字PID控制器，該從控制器包括PID模塊、單神經(jīng)元自適應(yīng)算法模塊和模糊免疫優(yōu)化算法模塊；從控制器的反饋輸出端與主控制器的一個(gè)反饋輸入端電信號(hào)連接，從控制器的輸入端與主控制器的一個(gè)輸出端電信號(hào)連接。整個(gè)控制系統(tǒng)智能性更高，能滿足多速電子送經(jīng)系統(tǒng)多速高精度高速頻繁切換的系統(tǒng)控制要求。
文檔編號(hào)D04B27/22GK202688631SQ20122028864
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者任雯, 賴森財(cái) 申請(qǐng)人:三明學(xué)院