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申请/专利权人：江苏科瑞德智控自动化科技有限公司

摘要：本发明为一种剑杆织机专用的张力检测系统及控制策略，包括张力感知模块、张力信息处理与传输模块、供电电源模块、张力变换与温度采集模块，张力感知模块包括弹性体，弹性体的材料屈服强度不小于900MPa，弹性体分为上下两个机械部件，下部机械部件的尾端通过螺栓及连接件固定在织机的固定后梁上，上下两个机械部件交界位置设置有将张力辊卡合住的开孔，张力辊卡在该开孔位置并通过螺栓固定；弹性体的形变范围集中在中间区域，在形变范围集中的弹性体的正反面中间区域均开设盲孔，盲孔内黏贴应变片。针对剑杆织机的机械结构和张力检测、控制原理进行研究，实现对剑杆织机张力信息的高精度、宽量程和强抗干扰性检测，实现对织机经纱张力的稳定控制。

主权项：1.一种剑杆织机专用的张力检测系统，包括张力感知模块、张力信息处理与传输模块、供电电源模块，所述张力感知模块包括弹性体、应变片及全桥、调零电路，其特征在于：该张力检测系统还包括张力变换与温度采集模块，张力变换与温度采集模块、张力信息处理与传输模块、供电电源模块均集成在一块电路板上；所述弹性体的材料屈服强度不小于900MPa，弹性体整体采用分体式结构，分为上下两个机械部件，并且分别设置螺栓孔，下部机械部件的尾端通过螺栓及连接件固定在织机的固定后梁上，下部机械部件的头端和上部机械部件为卡式结构，上下两个机械部件交界位置设置有将张力辊卡合住的开孔，张力辊卡在该开孔位置并通过螺栓固定；剑杆织机中当张力辊对弹性体进行力的作用时，弹性体的形变范围集中在中间区域，在形变范围集中的弹性体的正反面中间区域均开设盲孔，在正和或反面的盲孔内黏贴应变片；上述张力变换与温度采集模块，包括抗混叠滤波电路、AD转换模块、环境温度检测模块，抗混叠滤波电路和AD转换模块共同构成张力变换电路，张力信号经过抗混叠滤波电路进行滤波处理，然后将信号输入到AD转换模块进行AD转换；环境温度检测电路用于检测环境温度；上述张力信息处理与传输模块，包括信息运算与处理核心、通讯模块和存储扩展模块，信息运算与处理核心获取AD转换后的张力信息和环境温度信息，信息运算与处理核心中设置滤波算法和数据拟合模块，得到准确张力数字量；以模糊PID与传统PID控制结合方式对剑杆织机的经纱张力进行控制，构建基于模糊PID的经纱张力闭环控制系统，实现对经纱张力的稳定控制，张力控制策略以建立织机经纱张力数学模型为基础，选定以送经轴为控制对象，定区间采集张力，同时以PID控制为框架，结合模糊理论对输出张力进行控制，能够根据所设定的模糊规则自动调整控制参数，实现了对织机张力的稳定控制；所述织机经纱张力数学模型为： 其中，Ft为经纱所受的总张力，n为绕过张力辊的纱线根数，A0为单根纱线横截面积，E为纱线的弹性模量，L0为送经轴A与纱线切点和摩擦辊B与织物切点之间的纱线长度，△L0为张力初始化设定后纱线形变量，△L’为纱线两端速度差造成的形变量，vA和vB分别为两切点上的线速度；保证线速度差vB-vA恒定且趋近于0，能保证经纱的张力恒定且误差保持在一定范围内，即只需调整送经轴和卷取轴转速即能达到控制张力稳定的目的；定区间采集张力的过程是：对张力的采集过程中的开口、打纬和引纬动作对采集效果的影响进行了分析，取每个周期内的45°～55°的10°范围作为经纱张力采样的角度区间；通过运用ANSYSWorkbench软件对弹性体结构进行有限元分析，使得弹性体的受力满足剑杆织机张力检测的原理，确定弹性体应力分布的集中区域，设置盲孔位置及形状，安装应变片，确定张力感知模块结构；在张力辊和固定后梁位置固定张力感知模块，搭建基于模糊PID的经纱张力闭环控制模型，模糊控制器采用两输入三输出的控制模型，输入量为以张力测量值ct与张力设定值rt的偏差值et和张力误差变换率ect，输出为对PID三个参数的修正值△Kp、△Ki、△Kd；PID控制器三个基本参数Kp、Ki、Kd通过该输出修正值进行在线调整，调整公式为： 其中，Kp0、Ki0、Kd0为系统初始化时的设定值，通过传统PID整定方法获得；将模糊论域中的数值转化为模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，子集中元素分别对应负大、负中、负小、零、正小、正中、正大；选择隶属度函数时，输入输出各参数对应的模糊子集中元素NB和PB选用Z型和反Z型隶属函数构成左右边界，实现平滑过渡；中间五个子元素采用三角形隶属函数并使其均匀分布；模糊规则的推理过程应遵循以下规则：1在张力调节初期，主轴刚启动还未稳定，且收放卷速度存在较大偏差，此时经纱上张力与设定值的偏差e较大；为提高响应速度，应适当增加Kp，而Ki则取较小值或为零；2在张力较稳定即偏差值e较小时，张力偏差变化率ec也较小，为提高稳定性和控制精度，应适当减小Kp和Ki，而Kd应稳定在较小范围内；3在调节过程中遇到调整主轴转速或其它干扰时，造成短时间内张力波动较大，此时张力偏差值e和偏差变化率ec较大，为防止超调和震荡，应适当减小Kp，增加Ki和Kd；数字滤波算法对张力数据进行处理，摒弃数据中混入的无效和干扰数据，提取有效的张力数据后将其传送到数据拟合模块，在此模块中通过BP神经网络对有效的张力数据与相应环境温度下的理论采样值数据进行分析与融合，最终得到准确张力数字量；此数字量分两路处理，一路被存储到存储读取模块，一路通过通讯模块传输到织机主控系统，使用所建立的基于模糊PID的经纱张力闭环控制模型对采集的张力值与设定值比较，使用模糊控制器对参数进行在线调整，控制张力波动在±1％以内，到达对经纱张力的稳定控制；张力检测系统的检测精度达到0.01％～0.15％FS，且拥有0～800kg的宽量程。

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