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专利号: 2020105581923
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,包括斜纱引导机构(1)、综框(2)、打纬机构(3)、卷取机构(4)、定型机构(5)、织口(6)、钢筘(7)和垂纱引导机构(8),其特征在于:所述斜纱引导机构(1)位于综框(2)的左侧,并且垂纱引导机构(8)位于综框(2)正面的上方和下方设置有两个,所述钢筘(7)位于综框(2)的右侧,并且定型机构(5)位于钢筘(7)的右侧,所述织口(6)位于钢筘(7)的右侧和定型机构(5)的左侧之间,并且织口(6)设置在定型机构(5)顶部的左侧,所述打纬机构(3)位于定型机构(5)顶部左侧的上方,并且卷取机构(4)位于定型机构(5)顶部的右侧。

2.根据权利要求1所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于按照如下步骤进行:S1、三维多层仿形织造工艺的经纱x与斜纱b1、b2经斜纱引导机构(1)进入综框(2)内部后,穿过钢筘(7)被引导至织口(6)中;

S2、垂纱引导机构(8)通过综框(2)在斜纱引导机构(1)与织口(6)之间做往复运动,并引导垂纱z由上下两部分,分别贯穿经纱层和斜纱层;

S3、纬纱引导机构引导纬纱y在经纱层间形成纬纱层,最终,纱线在织口(6)处通过打纬机构(3)、定型机构(5)形成三维多层仿形织物,利用卷取机构(4)对织物进行收集。

3.根据权利要求2所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:所述步骤S1中,三维五向多层仿形织造工艺装备的控制涉及到经纱、垂纱和2组斜向纱和一组纬纱五个方向的控制。

4.根据权利要求2所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:所述步骤S1-S3中,依据磁场定向控制作用机理,通过对磁场磁链定向和力矩控制分别对多个感应电动机进行速度和力矩进行智能控制。

5.根据权利要求2所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:所述步骤S1中,在纱线阵列中沿厚度方向(z向)加入定向纱线,以及在垂直于交织厚度方向的面内加入两组互相垂直的横向纤维(x向)和纵向纤维(y向),形成三维五向纤维交织物。

6.根据权利要求4所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:即将定子电流和转子磁链作为状态变量,将定子电压作为输入参量,则第i台感应电动机在随定子速度的d-q坐标系下的状态方程为:式中:idsi——d坐标下电动机i的定子电流;

iqsi——q坐标下电动机i的定子电流;

λdri——d坐标下电动机i的转子磁链;

λqri——q坐标下电动机i的转子磁链;

vsi——电动机i的定子电压;

状态方程中对传递函数矩阵Ai和Bi做如下定义:Bi=biI                        (3)式中:bi=1/(σiLsi);

ar11i=(1-σi)/(σiτri)-Rsibi;

ar12i=Mibi/(Lriτri);

ai12i=Mibiωri/Lri;

ar21i=Mi/τri;

ar22i=-1/τri;

ai22i=ωri;

τri=Lri/Rri;

Mi——电动机i的定子与转子间互感;

Lsi——电动机i的定子电感;

Lri——电动机i的转子电感;

Rsi——电动机i的定子电阻;

Rri——电动机i的转子电阻;

σi——电动机i的漏感系数;

τri——电动机i的转子时间常数;

ωri——电动机i的转子电气角速度;

则,感应电动机i的电磁转矩为:

式中:np——电动机i的电极对数。

7.根据权利要求6所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于,感应电动机i的转子运动方程为:式中:ωmi=ωri/np;

Ji——电动机i的转子转动惯量;

Ki——电动机i的转子阻尼系数;

ωmi——电动机i的转子机械角速度;

Toi——电动机i的转子外负载转矩;

由电动机i基于d-q坐标的状态方程(1)可构建其转子的全维状态估计器的表达式:式中: ——电动机i的定子电流和转子磁链的估计值;

——电动机i的传递函数矩阵Ai的估计值;

Ci——电动机i的反馈增益矩阵;

对反馈增益矩阵进行如下配置:

式中:

c22=gic12;

gi=(σiLsiLri)/Mi;

由式(1)、(6)建立的误差方程:

式中:

由自适应率可以估算感应电动机的转子电气角速度。

8.根据权利要求7所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:由式(1)、(7)可得转子电气角速度、定子电阻和转子电阻的控制率:式中:κωpi、κwli、κRspi、κRsli、κRrpi和κRrli均为正向增益;

由反馈增益矩阵(7)可知,估计器的极点为原始系统极点的k倍,则转子速度取任意值时,感应电动机的定子电流和转子磁链估计值都将趋近于真实值,由式(9)并结合超稳定性定理可知,当时间t→∞时,转子电气角速度、定子电阻和转子电阻的估计值也将趋近于真实值。

9.根据权利要求8所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:将各量从d-q异步旋转坐标系转化为M-T同步旋转坐标系,则电动机i的电磁转矩为:式中:iTi——电动机i的转矩电流;

——电动机i的转子磁链绝对值;

因此,电动机i在某一时刻电磁转矩的估计值可表示为:式中: ——电动机i在k时刻电磁转矩的估计值;

——电动机i在k时刻转矩电流的估计值;

感应电动机转子的电气角加速度估计值可以由下式获得:式中: ——电动机i在k时刻转子的电气角速度估计值;

——电动机i在k-1时刻转子的电气角速度估计值;

T——电动机i的采样时间周期;

由全维转子状态估计器可以估计某一时刻的外负载转矩:式中: ——电动机i在k时刻外负载的估计值;

假设感应电动机i在k-1时刻的指令性电气角加速度为 其k时刻所需的指令性转矩电流可由下式获得:

考虑到利用转子加速度辨识瞬时外负载会存在着一定的滞后性,因此引入PID控制器进行补偿控制,对指令性转矩电流做进一步修正:式中: ——电动机i在k时刻补偿转矩电流。

10.根据权利要求9所述的三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统,其特征在于:首先将电压和电流经过三相静止到两相静止,两相静止到两相旋转进行变换,将其转化为随定子速度d-q坐标系下的电压和电流,利用全维转子状态估计器对定子电流和转子磁链进行估计,并辨识感应电动机的转子电气角速度 定子电阻 和转子电阻 将辨识值反馈给估计器以便对传递矩阵 进行估计,从而构成全维转子状态估计器的闭环回路;

将估计的转子磁链经k/p变换器解耦后,得到方向角估计值 和磁链绝对值 将转子的电气角速度估计值传给磁链发生器用以判断该值是否大于额定值,在超过额定值时采取磁弱措施,否则采取恒磁措施,最终由磁链发生器输出指令性磁链λ*i,将λ*i与 的差值传递给磁链调节器,以获得所需的指令性磁链电流通过对 进行微分获得感应电动机转子的电气角加速度 再利用全维转子状态估计器对外负载转矩 进行辨识,将 带入公式中,计算当前时刻所需的指令性转矩电流 将转子的电气角速度估计值 与指令性值ω*ri的差值输入PID速度调节器,获得补偿转矩电流 与 之和,即为电动机下一时刻所需的电磁转矩电流最后将 和 输入PWM电流逆变器,向电动机输入三相电流。