[發(fā)明專利]一種三維多層仿形織造過程多機協(xié)同智能控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010558192.3
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111733509B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣曉梅;芮曉光;芮延年
• 申請（專利權(quán)）人: 常熟理工學院
• 主分類號: D03J1/00
• 分類號: D03J1/00;H02P5/74;H02P21/10;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 李嘉寧

1.一種三維多層仿形織造過程多機協(xié)同智能控制系統(tǒng)，包括斜紗引導機構(gòu)(1)、綜框(2)、打緯機構(gòu)(3)、卷取機構(gòu)(4)、定型機構(gòu)(5)、織口(6)、鋼筘(7)和垂紗引導機構(gòu)(8)，其特征在于：所述斜紗引導機構(gòu)(1)位于綜框(2)的左側(cè)，并且垂紗引導機構(gòu)(8)位于綜框(2)正面的上方和下方設(shè)置有兩個，所述鋼筘(7)位于綜框(2)的右側(cè)，并且定型機構(gòu)(5)位于鋼筘(7)的右側(cè)，所述織口(6)位于鋼筘(7)的右側(cè)和定型機構(gòu)(5)的左側(cè)之間，并且織口(6)設(shè)置在定型機構(gòu)(5)頂部的左側(cè)，所述打緯機構(gòu)(3)位于定型機構(gòu)(5)頂部左側(cè)的上方，并且卷取機構(gòu)(4)位于定型機構(gòu)(5)頂部的右側(cè)；

按照如下步驟進行：

S1、三維多層仿形織造工藝的經(jīng)紗x與斜紗b₁、b₂經(jīng)斜紗引導機構(gòu)(1)進入綜框(2)內(nèi)部后，穿過鋼筘(7)被引導至織口(6)中；

S2、垂紗引導機構(gòu)(8)通過綜框(2)在斜紗引導機構(gòu)(1)與織口(6)之間做往復運動，并引導垂紗z由上部分貫穿上部分的經(jīng)紗層和斜紗層，由下部分貫穿下部分的經(jīng)紗層和斜紗層；

S3、緯紗引導機構(gòu)引導緯紗y在經(jīng)紗層間形成緯紗層，最終，紗線在織口(6)處通過打緯機構(gòu)(3)、定型機構(gòu)(5)形成三維多層仿形織物，利用卷取機構(gòu)(4)對織物進行收集；

所述步驟S1中，三維五向多層仿形織造工藝裝備的控制涉及到經(jīng)紗、垂紗和2組斜向紗和一組緯紗五個方向的控制；

所述步驟S1-S3中，依據(jù)磁場定向控制作用機理，通過對磁場磁鏈定向和力矩控制，來分別對多個感應電動機的速度和力矩進行智能控制；

所述步驟S1中，在紗線陣列中沿厚度方向，即垂紗方向加入定向紗線，以及在垂直于交織厚度方向的面內(nèi)加入兩組互相垂直的橫向纖維，即經(jīng)紗方向和縱向纖維，即緯紗方向，形成三維五向纖維交織物；

即將定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈作為狀態(tài)變量，將定子電壓作為輸入?yún)⒘浚瑒t第i臺感應電動機在隨定子速度的d-q坐標系下的狀態(tài)方程為：

式中：i_dsi——d坐標下電動機i的定子電流；

i_qsi——q坐標下電動機i的定子電流；

λ_dri——d坐標下電動機i的轉(zhuǎn)子磁鏈；

λ_qri——q坐標下電動機i的轉(zhuǎn)子磁鏈；

v_si——電動機i的定子電壓；

狀態(tài)方程中對傳遞函數(shù)矩陣A_i和B_i做如下定義：

B_i＝b_iI (3)

式中：b_i＝1/(σ_iL_si)；

a_r11i＝(1-σ_i)/(σ_iτ_ri)-R_sib_i；

a_r12i＝M_ib_i/(L_riτ_ri)；

a_i12i＝M_ib_iω_ri/L_ri；

a_r21i＝M_i/τ_ri；

a_r22i＝-1/τ_ri；

a_i22i＝ω_ri；

τ_ri＝L_ri/R_ri；

M_i——電動機i的定子與轉(zhuǎn)子間互感；

L_si——電動機i的定子電感；

L_ri——電動機i的轉(zhuǎn)子電感；

R_si——電動機i的定子電阻；

R_ri——電動機i的轉(zhuǎn)子電阻；

σ_i——電動機i的漏感系數(shù)；

τ_ri——電動機i的轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；

ω_ri——電動機i的轉(zhuǎn)子電氣角速度；

則，感應電動機i的電磁轉(zhuǎn)矩為：

式中：n_p——電動機i的電極對數(shù)；

感應電動機i的轉(zhuǎn)子運動方程為：

式中：ω_mi＝ω_ri/n_p；

J_i——電動機i的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；

K_i——電動機i的轉(zhuǎn)子阻尼系數(shù)；

ω_mi——電動機i的轉(zhuǎn)子機械角速度；

T_oi——電動機i的轉(zhuǎn)子外負載轉(zhuǎn)矩；

由電動機i基于d-q坐標的狀態(tài)方程(1)可構(gòu)建其轉(zhuǎn)子的全維狀態(tài)估計器的表達式：

式中：——電動機i的定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈的估計值；

——電動機i的傳遞函數(shù)矩陣A_i的估計值；

C_i——電動機i的反饋增益矩陣；

對反饋增益矩陣進行如下配置：

式中：

c_22i＝g_ic_12i；

g_i＝(σ_iL_siL_ri)/M_i；

k——估計器的極點為原始系統(tǒng)極點的k倍；

由式(1)、(6)建立的誤差方程：

式中：

由自適應率可以估算感應電動機的轉(zhuǎn)子電氣角速度；

由式(1)、(7)可得轉(zhuǎn)子電氣角速度、定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻的控制率：

式中：κ_ωpi、κ_wli、κ_Rspi、κ_Rsli、κ_Rrpi和κ_Rrli均為正向增益；

由反饋增益矩陣(7)可知，估計器的極點為原始系統(tǒng)極點的k倍，則轉(zhuǎn)子速度取任意值時，感應電動機的定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈估計值都將趨近于真實值，由式(9)并結(jié)合超穩(wěn)定性定理可知，當時間t→∞時，轉(zhuǎn)子電氣角速度、定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻的估計值也將趨近于真實值；

將各量從d-q異步旋轉(zhuǎn)坐標系轉(zhuǎn)化為M-T同步旋轉(zhuǎn)坐標系，則電動機i的電磁轉(zhuǎn)矩為：

式中：i_Ti——電動機i的轉(zhuǎn)矩電流；

——電動機i的轉(zhuǎn)子磁鏈絕對值；

因此，電動機i在某一時刻電磁轉(zhuǎn)矩的估計值表示為：

式中：——電動機i在k時刻電磁轉(zhuǎn)矩的估計值；

——電動機i在k時刻轉(zhuǎn)矩電流的估計值；

感應電動機轉(zhuǎn)子的電氣角加速度估計值由下式獲得：

式中：——電動機i在k時刻轉(zhuǎn)子的電氣角速度估計值；

——電動機i在k-1時刻轉(zhuǎn)子的電氣角速度估計值；

T——電動機i的采樣時間周期；

由全維轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計器可以估計某一時刻的外負載轉(zhuǎn)矩：

式中：——電動機i在k時刻外負載的估計值；

假設(shè)感應電動機i在k-1時刻的指令性電氣角加速度為其k時刻所需的指令性轉(zhuǎn)矩電流由下式獲得：

考慮到利用轉(zhuǎn)子加速度辨識瞬時外負載會存在著一定的滯后性，因此引入PID控制器進行補償控制，對指令性轉(zhuǎn)矩電流做進一步修正：

式中：——電動機i在k時刻補償轉(zhuǎn)矩電流。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維多層仿形織造過程多機協(xié)同智能控制系統(tǒng)，其特征在于：首先將電壓和電流經(jīng)過三相靜止到兩相靜止，兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)進行變換，將其轉(zhuǎn)化為隨定子速度d-q坐標系下的電壓和電流，利用全維轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計器對定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈進行估計，并辨識感應電動機的轉(zhuǎn)子電氣角速度定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻將辨識值反饋給估計器以便對傳遞矩陣進行估計，從而構(gòu)成全維轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計器的閉環(huán)回路；

將估計的轉(zhuǎn)子磁鏈經(jīng)k/p變換器解耦后，得到方向角估計值和磁鏈絕對值將轉(zhuǎn)子的電氣角速度估計值傳給磁鏈發(fā)生器用以判斷該值是否大于額定值，在超過額定值時采取磁弱措施，否則采取恒磁措施，最終由磁鏈發(fā)生器輸出指令性磁鏈λ^*_i，將λ^*_i與的差值傳遞給磁鏈調(diào)節(jié)器，以獲得所需的指令性磁鏈電流

通過對進行微分獲得感應電動機轉(zhuǎn)子的電氣角加速度再利用全維轉(zhuǎn)子狀態(tài)估計器對外負載轉(zhuǎn)矩進行辨識，將帶入公式中，計算當前時刻所需的指令性轉(zhuǎn)矩電流將轉(zhuǎn)子的電氣角速度估計值與指令性值ω^*_ri的差值輸入PID速度調(diào)節(jié)器，獲得補償轉(zhuǎn)矩電流與之和，即為電動機下一時刻所需的電磁轉(zhuǎn)矩電流最后將和輸入PWM電流逆變器，向電動機輸入三相電流。