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专利号: 2022109665240
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤一、将整个纱线卷绕过程范围多个导纱阶段;针对每个导纱阶段分别设定化纤卷绕张力设定值Tw(xi)如下:

其中,D为绕卷材料张力系数,其表达为 K为管纱筒的径

向刚度,其表达为 T为化纤纱线内部剩余张力的

设定值;v2θ、v2r分别为化纤缠绕层环向和径向泊松比;E1、E2分别为纱筒和化纤缠绕层的弹性模量;v1为管纱筒泊松比;a、b分别为管纱筒的内、外壁半径;ri为当前导纱阶段的化纤卷绕层半径;rn为绕卷完成后的筒纱半径;xi为当前导纱阶段的化纤缠绕层径向比;m为绕卷完成后的化纤缠绕层径向比;

步骤二、在纱线加捻成型及绕卷的过程中,持续检测纺纱张力Ts;根据纺纱张力Ts计算导纱钩处化纤纱线所受到的张力 气圈底部张力 进而

计算实时的化纤卷绕张力 其中,θo为纱线在导纱钩上的包围角;μo为纱线与导纱钩之间的摩擦系数;R为钢领半径;m为化纤纱线的线密度;ωt为尼龙钩回转角速度;θr为化纤纱线在尼龙钩上的包围角,μr为化纤纱线与尼龙钩之间的摩擦系数;根据实时的化纤卷绕张力Tw,调整绕卷过程中的锭子转速,使得每个导纱阶段的实时的化纤卷绕张力Tw均控制在以对应的化纤卷绕张力设定值Tw(xi)为中心的阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法,其特征在于:步骤二中,以化纤卷绕张力Tw为输入,锭子转速为输出,使用基于SSA‑SQP算法的PID控制器实时控制锭子转速,其中SSA‑SQP算法求解流程如下:第一步、初始化麻雀种群;

第二步、将每个麻雀的位置作为PID控制参数进行控制,根据误差积分准则计算适应值;

第三步、根据适应值大小对麻雀进行排序、更新麻雀个体速度、麻雀身份并更新位置;

第四步、在新的跟随者和发现者群体中随机生成一定比例的警戒者,并更新位置;

第五步、对所有麻雀个体进行交叉、变异;

第六步、将麻雀算法的求解结果作为序列二次规则算法的局部寻优的初值,得到适应值和PID控制参数的最优解;

第七步、判断是否满足终止条件,若满足则结束计算,并输出最终的适应值和PID控制参数;若不满足,则返回第二步重复计算。

3.根据权利要求1所述的一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法,其特征在于:用于纱线加捻成型的导纱钩能够沿管纱筒的径向调节位置;在纱线加捻成型及绕卷的过程中,通过图像识别的方式持续对化纤加捻三角区的形状进行测量,并实时计算化纤加捻三角区的两条边纤维长度之差,若加捻三角区的两条边纤维长度之差大于阈值,则控制动力元件沿着管纱筒的径向移动导纱钩,使得导纱钩沿着加捻三角区中较短的边纤维到较长的边纤维的方向移动,直到化纤加捻三角区的两条边纤维长度之差控制在阈值范围内。

4.根据权利要求1所述的一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法,其特征在于:在纱线加捻成型及绕卷的过程中,通过图像识别的方式持续对导纱钩与钢领板之间的化纤纱线气圈形状进行测量,获得实时气圈高度;根据不同导纱阶段的化纤卷绕张力设定值Tw(xi)、化纤加捻三角区的极限高度以及气圈理论,确定不同导纱阶段的最佳的气圈总高度H阈值范围;若实际气圈高度小于设定阈值范围,则导纱钩相对于钢领板沿着与钢领运动相反的方向移动;若实际气圈大于设定阈值范围,则导纱钩相对于钢领板沿着钢领板运动相同的方向移动,直到实际气圈总高度H保持在设定阈值范围内。

5.根据权利要求4所述的一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法,其特征在于:被绕卷的管纱筒外侧设置有气圈控制环;气圈控制环能够沿管纱筒的轴线方向调节位置;在纱线加捻成型及绕卷的过程中,将实时气圈总高度H和实时锭速Nd代入无气圈控制环的气圈模型,获得无气圈控制环情况下的气圈半径R,以导纱钩的位置为气圈高度h零值点;

若气圈半径R能与气圈高度h一一对应,则将气圈的中间位置作为气圈控制环预测位置;若某一气圈半径R能对应多个气圈高度h,则取气圈半径R对气圈高度h的一阶导数第一次达到零值的位置作为气圈控制环预测位置,气圈控制环实时移动到气圈控制环预测位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法,其特征在于:每个导纱阶段内的导纱动程相等;钢领板沿着管纱轴向往返一次为一个导纱动程。

7.一种化纤加捻成型绕卷装置,其特征在于:用于执行如权利要求1‑6中任意一项所述的一种基于SSA‑SQP的化纤卷绕恒剩余张力控制方法;该化纤加捻成型绕卷装置包括化纤导纱钩架(1)、化纤筒(3)、牵伸装置(4)、导纱钩二维移动装置(5)、第一图像传感器(6)、异步移动气圈控制环装置(7)、管纱筒(8)、尼龙钩(9)、钢领板(10)、锭子(11)、锭子动力元件(12)、第二图像传感器(13)和控制模块;所述的化纤导纱钩架(1)、化纤筒(3)、牵伸装置(4)、导纱钩二维移动装置(5)、第一图像传感器(6)和异步移动气圈控制环装置(7)均安装在在机架上;所述的锭子(11)转动连接在机架上,并由锭子动力元件(12)驱动旋转;锭子(11)用于安装管纱筒(8);

导纱钩二维移动装置(5)用于带动导纱钩沿着管纱筒(8)的径向和轴向移动;钢领板(10)由直线动力元件驱动沿锭子(11)的轴线方向移动;尼龙钩(9)设置在钢领板(10)的钢领处;异步移动气圈控制环装置(7)安装在钢领板(10)上,用于带动气圈控制环(704)沿着锭子(11)的轴线方向移动;气圈控制环(704)与锭子(11)的轴线重合;

工作过程中,多个化纤筒(3)中化学纤维(2)依次经过化纤导纱钩架(1)、牵伸装置(4)、导纱钩、气圈控制环(704)、尼龙钩(9),绕卷在管纱筒(8);各化学纤维(2)在牵伸装置(4)与导纱钩之间形成化纤加捻三角区,加捻成型为化纤纱线;

所述的第一图像传感器(6)和第二图像传感器(13)均安装在机架上;第一图像传感器(6)朝向导纱钩(524)与牵伸装置(4)之间的化纤加捻三角区;第二图像传感器(13)朝向管纱筒(8)。

8.根据权利要求7所述的一种化纤加捻成型绕卷装置,其特征在于:所述的导纱钩二维移动装置(5)包括导纱钩(524)、导纱钩异步轴向移动装置(51)和导纱钩异步径向移动装置(52);导纱钩异步轴向移动装置(51)固定在机架上,导纱钩异步径向移动装置(52)安装在导纱钩异步轴向移动装置(51)上;导纱钩异步轴向移动装置(51)用于驱动导纱钩(524)沿着锭子(11)的轴向移动;导纱钩异步轴向移动装置(51)用于驱动导纱钩(524)沿着锭子(11)的径向移动。

9.根据权利要求7所述的一种化纤加捻成型绕卷装置,其特征在于:所述的导纱钩异步轴向移动装置(51)包括导纱钩异步轴向基板(510)、导纱钩轴向光栅尺主体(511)、导纱钩轴向光栅尺头(512)、导纱钩轴向滚珠螺母座(513)、导纱钩轴向丝杠(514)、导纱钩电机驱动器(515)、导纱钩轴向电机(516)、导纱钩轴向直线导轨(518)和导纱钩轴向滑块(519);导纱钩电机驱动器(515)、导纱钩轴向电机(516),以及相互平行的导纱钩轴向光栅尺主体(511)和导纱钩轴向直线导轨(518)均固定在导纱钩异步轴向基板(510)的顶面上;导纱钩轴向滑块(519)滑动连接在导纱钩轴向直线导轨(518)上;导纱钩轴向丝杠(514)的两端通过导纱钩轴向轴承座转动连接在导纱钩异步轴向基板(510)的顶面上;导纱钩轴向电机(516)的输出轴与导纱钩轴向丝杠(514)的一端固定;导纱钩轴向丝杠(514)上通过螺旋副连接有导纱钩轴向滚珠螺母;导纱钩轴向滚珠螺母的外侧固定有导纱钩轴向滚珠螺母座(513);导纱钩径向移动基板(520)与导纱钩轴向滚珠螺母座(513)和各导纱钩轴向滑块(519)固定;导纱钩轴向光栅尺头(512)固定在导纱钩轴向滑块(519)的侧面上,并与导纱钩轴向光栅尺主体(511)位置对应;

所述的导纱钩异步径向移动装置(52)包括导纱钩异步径向基板(520)、导纱钩径向直线导轨(521)、导纱钩径向滑块(522)、导纱钩径向丝杠(523)、导纱钩(524)、导纱钩滑移板(525)、导纱钩径向光栅尺头(526)、导纱钩径向光栅尺主体(527)、导纱钩径向滚珠螺母座(528)和导纱钩径向电机(529);导纱钩径向电机(529)以及相互平行的导纱钩径向光栅尺主体(527)、两根导纱钩径向直线导轨(521)均固定在导纱钩异步径向基板(520)的顶面上;

导纱钩径向滑块(522)滑动连接在导纱钩径向直线导轨(521)上;导纱钩径向丝杠(523)的两端通过轴承座转动连接在导纱钩异步径向基板(520)的顶面上;导纱钩径向电机(529)的输出轴与导纱钩径向丝杠(523)的一端固定;导纱钩径向丝杠(523)上通过螺旋副连接有导纱钩径向滚珠螺母;导纱钩径向滚珠螺母的外侧固定有导纱钩径向滚珠螺母座(528);导纱钩(524)固定在导纱钩滑移板(525)的顶面上;导纱钩滑移板(525)与导纱钩径向滚珠螺母座(528)及各导纱钩径向滑块(522)固定;导纱钩径向光栅尺头(526)固定在导纱钩径向滑块(522)的侧面上,并与导纱钩径向光栅尺主体(527)位置对应。

10.根据权利要求7所述的一种化纤加捻成型绕卷装置,其特征在于:所述的异步移动气圈控制环装置(7)包括移动气圈异步轴向基板(700)、气圈轴向直线导轨(701)、气圈轴向滑块(702)、控制环滑移板(703)、气圈控制环(704)、气圈轴向光栅尺主体(705)、气圈轴向光栅尺头(706)、气圈轴向丝杠(707)、气圈轴向滚珠螺母座(708)、气圈轴向电机驱动器(709)和气圈轴向电机(710);气圈轴向电机驱动器(709)、气圈轴向电机(710)、气圈控制器(711),以及相互平行的气圈轴向光栅尺主体(705)、两根气圈轴向直线导轨(701)均固定在移动气圈异步轴向基板(700)的侧面上;气圈轴向滑块(702)滑动连接在气圈轴向直线导轨(701)上;气圈轴向丝杠(707)的两端通过气圈轴向轴承座转动连接在移动气圈异步轴向基板(700)的侧面上;气圈轴向电机(710)的输出轴与气圈轴向丝杠(707)的一端固定;气圈轴向丝杠(707)上通过螺旋副连接有气圈轴向滚珠螺母;气圈轴向滚珠螺母的外侧固定有气圈轴向滚珠螺母座(708);气圈控制环(704)固定在控制环滑移板(703)上;控制环滑移板(703)与气圈轴向滚珠螺母座(708)和各气圈轴向滑块(702)固定;气圈轴向光栅尺头(706)固定在气圈轴向滑块(702)的侧面上,并与气圈轴向光栅尺主体(705)位置对应,用以检测气圈控制环(704)在管纱筒(8)轴向上的位移量。