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基于直线伺服控制的经编电子横移系统研究

作　者: 夏风林
导　师: 葛明桥
学　校: 江南大学
专　业: 纺织工程
关键词: 高速经编机电子横移系统直线伺服控制横移运动规律优化设计
分类号: TS103
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 172次
引　用: 3次
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内容摘要

高速经编机一般具有梳栉数少、机号高、生产速度快等特点,其产品广泛应用于服装、装饰和产业等各个领域。高速经编机的梳栉横移运动规律是影响梳栉横移平稳性、精确性最重要的因素,直接关系到经编机的运转性能。传统的高速经编机主要采用花盘凸轮式横移机构,推动梳栉完成针前、针背横移。花盘凸轮式横移机构能适应经编机的高速运转,但更换织物组织不便,不利于产品开发。本课题研究和开发了一种新的基于直线伺服控制的经编电子横移系统,以增强高速经编机的起花性能。首先,论文从带有电子横移系统的高速经编机产品花型结构入手,归纳了这类机器的结构特点;根据经编机梳栉横移工艺要求,分析了高速经编机梳栉横移允许时间,根据实测的几种高速经编机梳栉横移对应的主轴转角,推算了横移时间,其中前梳针前横移时间极短,一般仅为几毫秒到十几毫秒。接着,论文结合高速经编机横移运动的高速度、高精度、高频率和间歇式运动特点,运用凸轮机构运动原理,对常用运动规律的特性值进行分析,并通过数学模糊综合评判方法,将修正梯形加速度运动规律选定为电子横移系统的伺服驱动曲线。在此基础上对梳栉横移运动进行深入研究,表明横移允许主轴转角、横移针距数、针距和经编机主轴转速等是影响横移特性值的4个因素。由此对梳栉横移进行优化设计,在确保横移安全的前提下有效地延长了针前横移时间,大大降低了横移的最大速度、加速度和跃度,显著改善了梳栉横移的运动平稳性和精确性。然后,论文研究了一种新的基于直线伺服控制的经编电子横移系统的实现方法,架构了一种由上位机、下位机和直线伺服执行机构组成的三级分布式高速经编机集成控制系统。上位机采用控制界面友好、功能强的工控机,便于实现电子送经、电子横移、电子贾卡等集成控制和网络生产管理;下位机采用具有电子凸轮控制功能的高性能PLC,控制稳定可靠,实现横移的平稳无冲击;伺服执行机构选用了执行周期较短的伺服驱动器和推力大、动态响应快、传动机构简洁的直线伺服电机。上位机与下位机通过Internet网络通信,下位机与伺服驱动器之间通过EtherCAT网络进行通信。系统具有实时性强、动态响应快、驱动平稳等特点。最后,论文对这一基于直线伺服控制的经编电子横移系统的性能进行了研究,测试了经编机在600～1200r/min不同转速时的指令信号曲线与电机实际运动曲线,随着经编机转速提高,两者在针前横移结束时的吻合性变差;研究了梳栉横移的平稳性,建立了一种梳栉横移的动力学模型,分析了梳栉横移时的振动及其影响,阐明限制电子横移系统适应更高经编机转速的主要因素是梳栉横移结束时的余振;讨论了梳栉横移精确性及其影响因素。论文对所架构的基于直线伺服控制的经编电子横移系统性能测试与研究,将有助于提高高速经编机装备技术水平,促进高档经编起花产品研发。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 本课题的研究背景和意义  9-10
  1.2 经编机梳栉横移机构的发展  10-13
    1.2.1 机械式横移机构  10-11
    1.2.2 电子式横移机构  11-13
  1.3 直线伺服电机与直线伺服系统  13-15
    1.3.1 直线伺服电机工作原理  13-14
    1.3.2 直线伺服系统及其特点  14-15
  1.4 本课题的国内外研究现状  15-16
    1.4.1 国外研究现状  15-16
    1.4.2 国内研究现状  16
  1.5 本课题的主要研究内容  16-19
第二章高速经编机梳栉横移运动工艺探讨  19-35
  2.1 电子横移高速经编机特点分析  19-22
    2.1.1 电子横移高速经编机产品组织特点  19-21
    2.1.2 电子横移高速经编机结构特点  21-22
  2.2 高速经编机梳栉横移机构工作原理  22-24
    2.2.1 高速经编机梳栉横移机构结构与传动  22-23
    2.2.2 高速经编机梳栉横移机构工艺要求  23-24
  2.3 高速经编机梳栉垫纱运动研究  24-31
    2.3.1 梳栉摆动运动  24-25
    2.3.2 梳栉横移运动  25-27
    2.3.3 高速经编机梳栉横移时间测试  27-31
  2.4 高速经编机梳栉横移运动特点  31-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章高速经编机梳栉横移运动规律研究  35-55
  3.1 国内外梳栉横移运动规律的研究  35-36
  3.2 高速经编机梳栉横移运动规律  36-50
    3.2.1 凸轮机构从动件运动规律  36-40
    3.2.2 电子横移系统梳栉横移运动规律选择  40-46
    3.2.3 电子横移系统梳栉横移运动规律分析  46-48
    3.2.4 电子横移系统梳栉横移特征值分析  48-50
  3.3 电子横移系统梳栉横移运动优化设计  50-53
    3.3.1 影响梳栉横移运动特性的因素  50
    3.3.2 梳栉横移曲线的优化可行性研究  50-52
    3.3.3 梳栉横移运动曲线设计示例  52-53
  3.4 本章小结  53-55
第四章基于直线伺服控制的经编电子横移系统实现研究  55-95
  4.1 电子横移系统总体方案  55-58
    4.1.1 电子横移系统设计要求  55-56
    4.1.2 电子横移系统总体框架  56-57
    4.1.3 电子横移系统控制原理  57-58
  4.2 上位机及其控制设计  58-69
    4.2.1 上位机及其控制系统的设计要求  58-60
    4.2.2 上位机的配置要求与选型  60-61
    4.2.3 上位机控制软件设计  61-64
    4.2.4 上位机软件的数据结构与算法设计  64-69
  4.3 下位机及其控制设计  69-72
    4.3.1 下位机及其控制系统的设计要求  69-70
    4.3.2 下位机的结构与选型  70-71
    4.3.3 下位机控制系统设计  71-72
  4.4 伺服执行机构及其控制设计  72-85
    4.4.1 直线伺服系统的选型设计  72-77
    4.4.2 伺服执行机构的结构设计  77-81
    4.4.3 伺服执行机构的控制研究  81-83
    4.4.4 直线光栅反馈装置与设计  83-85
  4.5 电子横移系统的数据传输设计  85-89
    4.5.1 电子横移系统的数据传输设计要求  85-86
    4.5.2 电子横移系统的通信方式选择  86-87
    4.5.3 通信设置与软件设计  87-89
  4.6 电子横移系统的其它设计  89-93
    4.6.1 主轴信号装置与设计  89-90
    4.6.2 伺服系统停电保护设计  90-91
    4.6.3 系统安全保护性设计  91-93
  4.7 本章小结  93-95
第五章基于直线伺服控制的经编电子横移系统性能研究  95-111
  5.1 系统的性能测试设计与分析  95-98
    5.1.1 系统的结构组成  95
    5.1.2 性能测试原理  95-96
    5.1.3 测试数据与分析  96-98
  5.2 电子横移系统的运动平稳性  98-104
    5.2.1 梳栉横移的振动及其产生原因  98-99
    5.2.2 梳栉横移运动的动力学研究  99-103
    5.2.3 梳栉动态性能对横移平稳性的影响分析  103-104
  5.3 电子横移系统的横移精确性  104-109
    5.3.1 控制环节对梳栉横移精确性的影响  104-107
    5.3.2 机械结构对梳栉横移精确性的影响  107-109
  5.4 电子横移系统适应更高机速的分析  109-110
  5.5 本章小结  110-111
第六章结论与展望  111-114
  6.1 本课题的研究结论和创新点  111-112
  6.2 存在的问题与展望  112-114
致谢  114-115
参考文献  115-120
附录：作者在攻读博士学位期间发表的论文  120

基于直线伺服控制的经编电子横移系统研究

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