[發明專利]一種基于滑模模糊控制的紗線張力控制方法

在審

• 申請號: 202210042362.1
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114394486A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 王培良;葉秋陽;胡開亮;沈剛
• 申請（專利權）人: 湖州師范學院
• 主分類號: B65H59/38
• 分類號: B65H59/38;B65H63/00;H02P6/182;H02P6/34;H02P21/00
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

一種基于滑模模糊控制的紗線張力控制方法，設計滑模模糊控制器包括滑模控制器和模糊控制器，并以紗線張力控制系統的收卷電動機為控制對象，通過采集張力誤差e及其變化率作為滑模控制器輸入變量，得到作用于所述收卷電動機的紗線張力控制律輸出u；于此同時，根據紗線張力控制系統的數學模型，設計滑模控制器的滑模面s以及其變化率作為模糊控制器的輸入變量，通過模糊規則，實時調節模糊控制器的輸出變量趨近律參數Δγ作用于滑模控制器，提高控制系統啟動過程的速度和穩定性。

技術領域

本發明涉及紡織技術領域，尤其涉及一種基于滑模模糊控制的紗線張力控制方法。

背景技術

紗線張力控制技術是紡織生產工藝流程中的重要環節。紗線張力的控制性能會直接影響紗線的成品質量。若紗線張力過小，則紗線容易松弛，導致脫圈，降低工作效率；若紗線張力過大，則紗線容易斷裂，增加斷頭率。因此，為了提高紗線質量，就必然要求紗線張力控制系統具有快速的動態響應速度和穩定的控制性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了解決現有技術紗線張力控制系統的啟動過程的速度慢，系統的穩定性不足的情況，設計一種基于滑模模糊控制的紗線張力控制方法。具體如下：設計滑模模糊控制器包括滑模控制器和模糊控制器，并以紗線張力控制系統的收卷電動機為控制對象，通過采集張力誤差e及其變化率作為滑模控制器輸入變量，得到作用于所述收卷電動機的紗線張力控制律輸出u；于此同時，根據紗線張力控制系統的數學模型，設計滑模控制器的滑模面s以及其變化率作為模糊控制器的輸入變量，通過模糊規則，實時調節模糊控制器的輸出變量趨近律參數Δγ作用于滑模控制器，實現控制律輸出u的穩定性；具體通過以下算法步驟設計得到：

步驟1：定義紗線張力控制系統數學模型的狀態方程：

首先設電機電壓平衡方程為：其中u為電機端電壓；i為相電流；r為相電阻；L為相電感；k_e為反電勢系數；w為電機角速度；轉矩平衡方程為：其中T_e為電磁轉矩，T_e＝k_ti；k_t為轉矩系數；T_L為負載轉矩；J為轉動慣量；B為阻尼系數；電機端電壓的表達式為：a＝LJ/k_t，d＝rT_L/k_t，b＝(rJ+BL)/k_t，c＝(rB+k_ek_t)/k_t；

其次定義紗線的應力σ的表達式為：σ＝Eε；其中E為彈性模量，ε為應變；設紗線的初始長度為l，形變后的長度為l₀，V₂收卷輥線速度，V₁為放卷輥線速度，則紗線的應變ε的表達式為：當為紗線橫截面積為A，則紗線的張力F的表達式為：設放線速度V₁恒定不變，在張力發生波動時，通過控制收線速度V₂來調節紗線張力使其恢復到設定值，由此可得：其中：R為收卷輥半徑；依據g＝l/(AER)，h＝d+cV₁/R；得到紗線張力控制系統數學模型的狀態方程為：

步驟2：設計滑模控制器的滑模面，定義張力誤差為：e＝x_1d-x₁，其中，e為張力誤差，x_1d為張力設定值，根據紗線張力控制系統的數學模型，設計滑模面：其中，c₁、c₂、c₃均為滑模面設計參數，且c₁、c₂、c₃＞0；

步驟3：設計滑模控制器的趨近律，采用改進多冪次趨近律為：