热定型过程织物单位面积质量在线控制系统建模及其滞后补偿控制设计方案
发布时间：2021-10-26 06:01
设计热定型过程织物单位面积质量的在线控制系统,提出"质量转移"的建模思想,通过等效简化得出热定型织物单位面积质量与过程参数之间的对应关系,建立以单位面积质量在线控制系统定后单位面积质量为被控变量的过程模型,并基于实际生产数据验证模型的有效性。在此基础上,设计比值-Smith预估控制系统对热定型过程中存在的大滞后非线性进行补偿。研究结果表明:该方案能明显缩短单位面积质量控制系统的调节时间,提高控制的稳定性和精度。
【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
热定型过程工艺流程图
图2中，S1和S2分别为入口处和出口处织物块的面积，m1和m2分别为入口处和出口处织物块的质量，G1ρ和G2ρ分别为入口处和出口处织物块的单位面积质量。S1＿m1＿G1ρ表示织物1块在热定型机入口处的状态，S2＿m2＿G2ρ表示该织物块在出口处的对应状态。为便于说明，把定前织物划分为2个部分，其中一部分与定后织物面积相等，另一部分为经定型过程后的变化，在图中用ΔS＿e＿G1ρ表示，其中，ΔS为定型前后织物的变化面积，e为入口织物在对应面积ΔS下的质量。根据织物进出过程的特性，有将热定型过程等效为将织物块ΔS＿e＿G1ρ转移到S1＿m1＿G1ρ上并与之叠加，形成定后织物在出口处输出。本文将上述等效过程称为“质量转移”。经过这一过程，织物的面积和单位面积质量发生了改变，但织物的总质量保持不变。由此可以得出：
速度控制子系统的本质是对三相异步电动机转速的控制。采用变频器执行控制并以减速器驱动超喂辊或机车的传动辊，旋转编码器实现对电机转速的测量。三相异步电动机采用矢量控制，实现电磁转矩与磁链控制的解耦[22]。系统在基频以下调速，设磁链恒定，可仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩。一般工业应用中的异步电机调速系统采用电流、速度双环控制结构使其对转速有较好的跟踪性能[23]。忽略变频器的微小滞后，采用电流转速双闭环设计，并把电流环等效为一阶惯性环节，其系统示意图如图4所示。分别对该系统的各个模块建立数学模型，其中等效电机模型结构如图5所示。图5中，虚线框外表示电流环的等效传递函数，虚线框内表示等效直流电机的结构模型；i*st为定子电流转矩控制分量；ist为定子电流转矩分量；Ti为电流环时间常数；np为极对数；Lm为定子和转子互感系数；Lr为转子自感；?r为稳定磁链；Te为电机输出转矩；TL为电机负载转矩；J为转动惯量；ω为电机角速度。由图5可得等效电机的传递函数Geq为式中：s为拉普拉斯算子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多级拉伸与热定型对聚乙烯/聚丙烯双组分纤维结构和性能的影响[J]. 刘金鑫,张海峰,张星,黄晨,郑晓冰,靳向煜. 纺织学报. 2019(05)
[2]热定型过程弹力针织物热塑性应变模型研究[J]. 周丽春,刘顺菁,金福江,楚贝贝. 中南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]基于新型转子磁链观测器的异步电机转矩闭环矢量控制[J]. 杨淑英,丁大尉,李曦,张兴. 中国电机工程学报. 2017(11)
[4]开幅热定型机超喂控制系统模型分析[J]. 刘顺菁,金福江,周丽春. 纺织学报. 2016(05)
[5]宽幅热定型机拉幅系统的模糊PID控制与实验[J]. 何哲,杨涛,邓先明,杜宇. 纺织学报. 2016(01)
[6]应用图像空域法的针织物密度在线测量[J]. 张孝超,李平,金福江. 纺织学报. 2015(11)
[7]三相交流异步电动机矢量控制系统仿真研究[J]. 张鹏. 河南科学. 2015(09)
[8]基于PID神经元网络的双闭环比值控制系统[J]. 夏洪,潘光友. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(01)
[9]拉伸热定型对PPS纤维结构与性能的影响[J]. 孔清,崔宁,董知之,张志英,吴鹏飞,陈莉. 高分子材料科学与工程. 2012(10)
[10]基于多目标遗传算法的热定型工艺参数优化设计[J]. 周丽春,郜琳琳,金福江. 江南大学学报(自然科学版). 2012(04)
博士论文
[1]热风拉幅定型机烘箱系统建模与能耗优化研究[D]. 顾敏明.浙江理工大学 2018
硕士论文
[1]针织物热定型质量多变量控制系统研究[D]. 刘顺菁.华侨大学 2016
本文编号：3458977
【文章来源】：中南大学学报(自然科学版). 2020,51(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
热定型过程工艺流程图
图2中，S1和S2分别为入口处和出口处织物块的面积，m1和m2分别为入口处和出口处织物块的质量，G1ρ和G2ρ分别为入口处和出口处织物块的单位面积质量。S1＿m1＿G1ρ表示织物1块在热定型机入口处的状态，S2＿m2＿G2ρ表示该织物块在出口处的对应状态。为便于说明，把定前织物划分为2个部分，其中一部分与定后织物面积相等，另一部分为经定型过程后的变化，在图中用ΔS＿e＿G1ρ表示，其中，ΔS为定型前后织物的变化面积，e为入口织物在对应面积ΔS下的质量。根据织物进出过程的特性，有将热定型过程等效为将织物块ΔS＿e＿G1ρ转移到S1＿m1＿G1ρ上并与之叠加，形成定后织物在出口处输出。本文将上述等效过程称为“质量转移”。经过这一过程，织物的面积和单位面积质量发生了改变，但织物的总质量保持不变。由此可以得出：
速度控制子系统的本质是对三相异步电动机转速的控制。采用变频器执行控制并以减速器驱动超喂辊或机车的传动辊，旋转编码器实现对电机转速的测量。三相异步电动机采用矢量控制，实现电磁转矩与磁链控制的解耦[22]。系统在基频以下调速，设磁链恒定，可仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩。一般工业应用中的异步电机调速系统采用电流、速度双环控制结构使其对转速有较好的跟踪性能[23]。忽略变频器的微小滞后，采用电流转速双闭环设计，并把电流环等效为一阶惯性环节，其系统示意图如图4所示。分别对该系统的各个模块建立数学模型，其中等效电机模型结构如图5所示。图5中，虚线框外表示电流环的等效传递函数，虚线框内表示等效直流电机的结构模型；i*st为定子电流转矩控制分量；ist为定子电流转矩分量；Ti为电流环时间常数；np为极对数；Lm为定子和转子互感系数；Lr为转子自感；?r为稳定磁链；Te为电机输出转矩；TL为电机负载转矩；J为转动惯量；ω为电机角速度。由图5可得等效电机的传递函数Geq为式中：s为拉普拉斯算子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多级拉伸与热定型对聚乙烯/聚丙烯双组分纤维结构和性能的影响[J]. 刘金鑫,张海峰,张星,黄晨,郑晓冰,靳向煜. 纺织学报. 2019(05)
[2]热定型过程弹力针织物热塑性应变模型研究[J]. 周丽春,刘顺菁,金福江,楚贝贝. 中南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]基于新型转子磁链观测器的异步电机转矩闭环矢量控制[J]. 杨淑英,丁大尉,李曦,张兴. 中国电机工程学报. 2017(11)
[4]开幅热定型机超喂控制系统模型分析[J]. 刘顺菁,金福江,周丽春. 纺织学报. 2016(05)
[5]宽幅热定型机拉幅系统的模糊PID控制与实验[J]. 何哲,杨涛,邓先明,杜宇. 纺织学报. 2016(01)
[6]应用图像空域法的针织物密度在线测量[J]. 张孝超,李平,金福江. 纺织学报. 2015(11)
[7]三相交流异步电动机矢量控制系统仿真研究[J]. 张鹏. 河南科学. 2015(09)
[8]基于PID神经元网络的双闭环比值控制系统[J]. 夏洪,潘光友. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(01)
[9]拉伸热定型对PPS纤维结构与性能的影响[J]. 孔清,崔宁,董知之,张志英,吴鹏飞,陈莉. 高分子材料科学与工程. 2012(10)
[10]基于多目标遗传算法的热定型工艺参数优化设计[J]. 周丽春,郜琳琳,金福江. 江南大学学报(自然科学版). 2012(04)
博士论文
[1]热风拉幅定型机烘箱系统建模与能耗优化研究[D]. 顾敏明.浙江理工大学 2018
硕士论文
[1]针织物热定型质量多变量控制系统研究[D]. 刘顺菁.华侨大学 2016
本文编号：3458977
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