一种三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统技术方案

本发明专利技术公开了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、综框、打纬机构、卷取机构、定型机构、织口、钢筘和垂纱引导机构，本发明专利技术涉及智能控制技术领域。该三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统，通过对三维多层仿形织造工艺技术的研究，在纱线阵列中沿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和纵向纤维，形成三维5向纤维交织物，依据控制方法，建立了全维转子状态估计器，来辨识感应电动机的转子速度、定子和转子电阻、瞬时外负载等参数，由外负载辨识结果与速度、力矩PID控制器来确定感应电动机的转矩电流，实现感应电动机速度与力矩控制。

【技术实现步骤摘要】
一种三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统
本专利技术涉及智能控制
，具体为一种三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统。
技术介绍
近年来随着高性能纤维材料和纺织技术的快速发展，三维多层仿形织物在国防、军事、交通、工业等领域的应用，充分体现了三维多层仿形织造物，具有传统织造物无可比拟的优点，如三维多层仿形织物用于导弹、飞行器、舰船等武器装备的吸声、吸波、隐身；在高铁、汽车轻量化设计等方面也有着很好的应用前景，因此，三维多层仿形织造装备技术是近年来国内外研究的热门课题之一。三维多层仿形织物的性能好坏与织造物的维数和交联纤维作用力一致性有关，而交联纤维作用力一致性与三维多层仿形织造装备多台电动机同步协同控制技术有关，对于非线性强，变张力的三维多层仿形织造装备来说，存在着变张力多机协同控制难题，三维多层仿形织造技术，不仅可以一次织造成三维结构预制件，而且还可以通过后道的模压工艺形成复杂的结构件。为了提高织物编织材料的抗分层能力，在织造物的厚度方向加入纱线，从而催生出了多种三维结构的织物，典型的有三维机织、三维编织、三维针织、缝合和Z向销钉等编织工艺，其中三维编织物生产效率较低，无法进行大批量生产，三维针织物主要以经编织物为主，仅限于轻薄型织物的织造，缝合工艺和z向销钉都是织物生产的附加后道工序，并且会对织物造成一定程度的损伤。三维机织物生产效率最高，而采用三维多层仿形织造技术，不仅可以一次织造成三维结构预制件，而且还可以通过后道的模压工艺形成复杂的结构件。
技术实现思路
>(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种三维多层仿形织造过程多机协同智能控制系统，解决了三维五向织造工艺各向异性，斜向纱线的交联纤维作用力一致性的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：本专利技术提出了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、综框、打纬机构、卷取机构、定型机构、织口、钢筘和垂纱引导机构，所述斜纱引导机构位于综框的左侧，并且垂纱引导机构位于综框正面的上方和下方设置有两个，所述钢筘位于综框的右侧，并且定型机构位于钢筘的右侧，所述织口位于钢筘的右侧和定型机构的左侧之间，并且织口设置在定型机构顶部的左侧，所述打纬机构位于定型机构顶部左侧的上方，并且卷取机构位于定型机构顶部的右侧。更进一步，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经斜纱引导机构进入综框内部后，穿过钢筘被引导至织口中；S2、垂纱引导机构通过综框在斜纱引导机构与织口之间做往复运动，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，纱线在织口处通过打纬机构、定型机构形成三维多层仿形织物，利用卷取机构对织物进行收集。更进一步，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。更进一步，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。更进一步，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。更进一步，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。在三维多层仿形织造过程中，要使多台感动电动机以相同的机械角速度转动，应使得各电动机的电磁转矩与外载荷相互匹配，但是在实际工作环境中，由于三维多层仿形织造过程中线纱存在着速度和张力的变化，即各电动机所受的外负载是随机变化的，所以很难以保证二者之间的匹配。更进一步，则感应电动机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：c22i＝gic12i；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。同时因为定子、转子电阻会随着感应电动机的温度变化而发生变化.更进一步，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。要使得感应电动机的电磁转矩与外负载转矩相匹配，需要做到对电动机转子电气角速度变化的快速响应，基于磁场定向控制原理，磁链通常为恒定，电磁转矩与转矩电流之间是单纯线性关系，能够根据感应电动机的转子电气角加速度快速确定感应电动机的外负载，本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晓梅，芮晓光，芮延年，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32