專利名稱：智能經編多速電子送經系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于針織機械技術領域，涉及經編機電子送經控制系統，特別是基于模糊免疫(Fuzzy Immune, FI)-單神經兀自適應PID (Single NeuronAdaptive PID, SNAPID)控制算法的智能經編多速電子送經系統。
背景技術：
送經系統是經編機中最重要的組成部分之一，送經系統按其控制形式不同，分為機械式送經系統(FAG)、單雙速定長電子送經系統(EBA)、多速經編電子送經系統(EBC)等類型，送經系統控制性能優劣直接影響到經編產品的品質和可編織花型品種的多少。多速EBC電子送經系統的特點和優勢在于基于此的經編機具備生產復雜花紋織·物的能力。多速經編生產過程中需要編織多種送經量(序列)，在每個序列切換的過程中經軸電機必須做出快速反應，以實現送經量的突變。如果電機的響應速度不夠快或是不夠平穩，將導致經紗張力波動，布面上就會留下明顯的橫條，影響了產品質量。國內外機械式送經系統(FAG)及單雙速電子送經系統(EBA)技術都已相當成熟。但目前對于多速經編電子送經系統(EBC)的研究仍處于探索階段。隨著人們對經編產品質量和花色品種要求的提高，迫切需要經編機配置高性能的多速經編電子送經系統(EBC)。因此，人們開發了一些多速經編電子送經系統(EBC)。例如申請號為CN200610039512. 4，名為“經編機電子送經系統”的中國專利中，涉及一種經編機電子送經系統，它由主電機、主軸編碼器、計算機系統、變頻器、伺服控制器、伺服電機、送經箱體和機械傳動系統組成，其計算機系統通過變頻器實現對主電機的控制，在接收主軸編碼器對主電機的實時轉速檢測信號基礎上，結合輸入的工藝參數，發出各種運行指令。該發明具備高速性能、送經量準確穩定、調整方便，可控制多根經軸，運行處理時間短，且采用多重速度和位置反饋，因此能實時可靠地作出最佳動態調整，在最短的時間內對故障作出響應，以保護設備和織造物。采用這樣的技術如是對產品的花色和質量要求不太高當然也可以正常使用，但對產品的花色和質量要求較高的經編產品，由于工藝特點要求系統具備高精度高速頻繁切換響應的性能，而該技術僅是采用常規的數字PID控制系統，雖也能使用，但算法簡單，智能化程度不夠高，使用起來效果還不夠理想。
實用新型內容為克服現有技術的不足，本實用新型提供一種智能化程度高，控制效果更好，能適應多速經編機在送經速度快速頻繁切換時具有優良控制性能的智能經編多速電子送經系統。本實用新型為達到上述技術目的所采用的技術方案是智能經編多速電子送經系統，包括連接有參數設定輸入裝置的數字PID主控制器、變頻器、設置在主軸電機上的主軸轉速編碼器、設置在經軸電機上的經軸轉速編碼器；主控制器通過變頻器與主軸電機驅動連接，主軸轉速編碼器輸出端與主控制器的一個反饋輸入端電信號連接，其特征在于還包括數字經軸從控制器，所述的從控制器是多組并聯反饋連接的數字PID控制器，該從控制器包括PID模塊、單神經元自適應算法模塊和模糊免疫優化算法模塊；從控制器的反饋輸出端與主控制器的一個反饋輸入端電信號連接，從控制器的輸入端與主控制器的一個輸出端電信號連接。所述的從控制器的輸出端通過光電耦合器與智能功率模塊的輸入端電信號連接，智能功率模塊的輸出端與經軸電機連接，經軸轉速編碼器的輸出端與從控制器的反饋輸入端電信號連接。所述的從控制器是一個閉環反饋控制器，其主通道是PID模塊，包括串接的單神經元權系數選擇通道和增益選擇通道；反饋通道包括單神經元自適應算法模塊和模糊免疫優化算法模塊；單神經元自適應算法模塊的輸出端與單神經元權系數選擇通道輸入端信號連接；模糊免疫優化算法模塊的輸出端與增益選擇通道輸入端信號連接。 本實用新型的有益效果是由于設置有數字經軸從控制器，該從控制器主通道是PID模塊，反饋通道包括單神經元自適應算法模塊和模糊免疫優化算法模塊；單神經元自適應算法模塊的輸出端與單神經元權系數選擇通道輸入端信號連接；模糊免疫優化算法模塊的輸出端與增益選擇通道輸入端信號連接；將人工免疫反饋機理算法融入現有標準SNAPID算法，通過模糊邏輯規則實現系統增益系數的在線模糊非線性自適應調整當序列切換時，可提高系統的快速反應能力；當序列切換完成進入恒速送經狀態時，又可減小增益系數以增加系統的穩定性，從而滿足多速電子送經系統多速高精度高速頻繁切換的系統控制要求。
以下結合附圖
和實施例對本實用新型作進一步說明。其中圖I是本實用新型的整體組成框圖；圖2是本實用新型從控制器部分的組成框圖。附圖中的標記編號說明如下輔助功能模塊I、主控制器2、變頻器3、主軸轉速編碼器4、從控制器5、光電耦合器6、智能功率模塊7、經軸轉速編碼器8、單神經元權系數選擇通道9、增益選擇通道10、單神經元自適應算法模塊11、模糊免疫優化算法模塊1具體實施方式
本實用新型的實施例，如圖I、圖2所示，智能經編多速電子送經系統，包括連接有參數設定輸入裝置的數字PID主控制器2、變頻器3、設置在主軸電機上的主軸轉速編碼器
4、設置在經軸電機上的經軸轉速編碼器8 ;主控制器2通過變頻器3與主軸電機驅動連接，主軸轉速編碼器4輸出端與主控制器2的一個反饋輸入端電信號連接，其特征在于還包括數字經軸從控制器5，所述的從控制器5是多組并聯反饋連接的數字PID控制器，該從控制器5包括PID模塊、單神經元自適應算法模塊11和模糊免疫優化算法模塊12 ;從控制器5的反饋輸出端與主控制器2的一個反饋輸入端電信號連接，從控制器5的輸入端與主控制器2的一個輸出端電信號連接。[0019]所述的從控制器5的輸出端通過光電I禹合器6與智能功率模塊7的輸入端電信號連接，智能功率模塊7的輸出端與經軸電機連接，經軸轉速編碼器8的輸出端與從控制器5的反饋輸入端電信號連接。所述的從控制器5是一個閉環反饋控制器，其主通道是PID模塊，包括串接的單神經元權系數選擇通道9和增益選擇通道10 ;反饋通道包括單神經元自適應算法模塊11和模糊免疫優化算法模塊12 ;單神經元自適應算法模塊11的輸出端與單神經元權系數選擇通道9輸入端信號連接；模糊免疫優化算法模塊12的輸出端與增益選擇通道10輸入端信號連接。本實用新型的硬件組成原理是多速EBC經編電子送經系統設計采用模塊化設計，整體主要由主控制系統模塊、從控制系統模塊和輔助功能模塊等三部分組成。 一、主控制系統部份主控制器以高性能嵌入式一體化工控機/觸摸屏TPC70-62K為控制核心，搭載MCGS組態軟件。主要實現的功能是根據工藝計算結果，在控制面板(觸摸屏)輸入主要參數，如經軸滿軸外周長、內周長和送經量等工藝參數，控制單元對相關參數進行初始化并計算電動機的目標轉速，作為一控制信號傳送到經軸伺服控制系統。另外，主機通過以太網和USB兩種方式與外界交換數據，也為多臺編織機的網絡化生產和管理提供基礎。二、從控制系統部份從控制器5是六個相互獨立且并聯反饋連接的經軸從伺服驅動系統，采用ATmegal6高性能單片機為控制核心，采用FI-SNAPID控制算法，根據主控系統發出的控制信號，輸出PWM控制信號到智能功率模塊7以驅動直流電機經減速齒輪箱帶動經軸轉動，使盤頭送出要求的送紗量，實現高精度多速送經。在設計中采用的智能功率模塊7為日本東芝的MIG20J106L，其主要特點是將輸出功率組件和驅動電路、多種保護電路集成在同一模塊內，并可將監測到的過壓、過熱等故障信號送給控制電路，即使發生過載或使用不當，也可保證自身不受損壞，大幅提高了設計效率和增加了直流伺服系統的可靠性。三、輔助功能系統部份輔助功能模塊I通過主軸轉速編碼器4和經軸轉速編碼器8測速、抗干擾設計以及在機臺上安裝多種傳感器，實現掉電、過熱等智能保護，自動故障檢測、報警等功能。其中最為重要的是掉電保護功能。這是因為在實際的經編生產過程中，如出現意外停電，主機由于慣性較大會繼續工作3至5秒，但是伺服系統已停止工作，這樣就會出現經編機還在運行卻經軸卻已停止送紗的情況，極易出現崩紗，造成較大損失。其次，故障檢測也尤為重要。一種情況是當檢測到主控制器2已發出對從控制器5的控制信號，但是伺服電機由于故障未響應，也就是機器已工作，但是經軸卻沒有送經，此時需要立即發出故障反饋信號到主機，以控制機器停止工作，并發出報警信號；還有一種情況是由于伺服控制系統故障，不能精確跟蹤主軸，導致運行一段時間后送經量會出現較大偏差，影響產品質量。因此需要設定偏差上限，過限后需要停機報警。本實用新型基于模糊免疫-單神經元自適應PID (FI-SNAPID)控制的原理是一、多速經編生產工藝控制原理[0033]按經編生產工藝要求，多速電子送經系統可以編制多種不同的序列，并要求從一個送經序列向另一個送經序列變化時，不得在布面上留下明顯橫條，即這個過程必須在一個橫列內完成。因此，在設計控制程序時，一般將多速送經過程分解為序列切換和在每個序列內的恒速送經這兩個過程。恒速送經過程假設經軸每退繞一圈，經軸外周長的減少量是一個常量；經軸電動機轉速與送經量和主軸電動機轉速之間的運算關系推導如下經軸現時周長-Li = L1-(L1-L2)Z1ZZ (式 I)(式I)中=Li為經軸的現時周長(mm)為經軸的滿卷周長(mm) ；L2為經軸的空軸周長(mm) ；Z為經軸滿卷時的卷繞圈數(Li為從經軸滿卷至現時經軸退繞總圈數。·經軸電動機的目標轉速=N1 = FN2T/480Li (式2)(式2)中=N1為經軸電機的轉速(r/s-1)，F為送經量，I轉為480橫列；N2為主軸轉速(r/V1)，T為經軸和電機之間的轉速比，Li為經軸外周長(mm)。序列切換控制對于多速送經系統，在一個循環中，存在多個序列，每個序列又有多個橫列(恒速過程)，并對應相應的送經量。當產品類型確定下來，即一個花型循環中的序列數q(每個序列包含h個橫列)和橫列總數H也就相應的確定下來，即H= hi+h；^.. hq (式 3)因此在開機后，主控系統通過記錄主軸編碼器在一個循環中已發送的脈沖個數，確定當前已織橫列數，進而判斷出所處的序列。當判斷當前序列所要求的橫列都已編織完，需要轉入下一序列，則結束恒速送經過程，根據工藝要求，在下個橫列內快速調整好經軸電機的轉速，平穩的進入下一序列。二、現有技術標準SNAPID控制算法控制原理標準的離散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)中相關的符號定義如表I所示。表I.標準離散SNAPID控制算法符號定義
權利要求1.智能經編多速電子送經系統，包括連接有參數設定輸入裝置的數字PID主控制器、變頻器、設置在主軸電機上的主軸轉速編碼器、設置在經軸電機上的經軸轉速編碼器；主控制器通過變頻器與主軸電機驅動連接，主軸轉速編碼器輸出端與主控制器的一個反饋輸入端電信號連接，其特征在于還包括數字經軸從控制器，所述的從控制器是多組并聯反饋連接的數字PID控制器，該從控制器包括PID模塊、單神經元自適應算法模塊和模糊免疫優化算法模塊；從控制器的反饋輸出端與主控制器的一個反饋輸入端電信號連接，從控制器的輸入端與主控制器的一個輸出端電信號連接。
2.根據權利要求I所述的智能經編多速電子送經系統，其特征在于所述的從控制器的輸出端通過光電耦合器與智能功率模塊的輸入端電信號連接，智能功率模塊的輸出端與經軸電機連接，經軸轉速編碼器的輸出端與從控制器的反饋輸入端電信號連接。
3.根據權利要求I或2所述的智能經編多速電子送經系統，其特征在于所述的從控制器是一個閉環反饋控制器，其主通道是PID模塊，包括串接的單神經元權系數選擇通道和增益選擇通道；反饋通道包括單神經元自適應算法模塊和模糊免疫優化算法模塊；單神經元自適應算法模塊的輸出端與單神經元權系數選擇通道輸入端信號連接；模糊免疫優化算法模塊的輸出端與增益選擇通道輸入端信號連接。
專利摘要本實用新型公開了一種智能經編多速電子送經系統，包括連接有參數設定輸入裝置的數字PID主控制器、變頻器、設置在主軸電機上的主軸轉速編碼器、設置在經軸電機上的經軸轉速編碼器；主控制器通過變頻器與主軸電機驅動連接，主軸轉速編碼器輸出端與主控制器的一個反饋輸入端電信號連接，還包括數字經軸從控制器，從控制器是多組并聯反饋連接的數字PID控制器，該從控制器包括PID模塊、單神經元自適應算法模塊和模糊免疫優化算法模塊；從控制器的反饋輸出端與主控制器的一個反饋輸入端電信號連接，從控制器的輸入端與主控制器的一個輸出端電信號連接。整個控制系統智能性更高，能滿足多速電子送經系統多速高精度高速頻繁切換的系統控制要求。
文檔編號D04B27/22GK202688631SQ20122028864
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者任雯, 賴森財 申請人:三明學院