多色多绒高簇绒地毯织机提花控制技术研究

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1、学校代码：10255学号：1142079博士学位论文多色多绒高簇绒地毯织机提花控制技术研究StudyonJacquardControlTechnologyforMulti-colorandMulti-heightTuftingMachine学科专业：机械工程作者姓名：郗欣甫指导教师：孙以泽教授答辩时间：2018年5月I摘要东华大学博士学位论文多色多绒高簇绒地毯织机提花控制技术研究摘要多色多绒高簇绒技术的推出是簇绒地毯工艺发展史上的一次飞跃，利用该技术生产的多色多绒高簇绒地毯色彩更加细腻、花型纹理更加清晰，进一步推动了簇绒地毯产业的发展。国际上主流的多色多绒高簇绒地毯的颜色能够做

2、到6种，绒高可设定为1-16mm内的任意值（即“无限绒高”），但是目前多色多绒高簇绒地毯的图案分辨率都很难达到1针，而且生产效率也相对较低，制约簇绒地毯织机的产品质量以及生产效率的因素主要有三点：一是提花控制系统中单个执行部件与纱线的“刚-柔”动态耦合关系，在执行部件的运行过程中机械零件如提花罗拉、铝辊、针排等对纱线的速度以及张力进行作用，直接影响纱线的固有特性，其中针排横移系统的动态性能对纱线振动的影响尤为明显；二是多电机针迹控制系统的同步能力，针排横移系统控制针排按照设定的运动曲线进行运动，进基布出毯系统控制基布的张力以及针密，两者的协同配合形成了多色多绒高簇绒地毯毯面上的

3、针迹，多电机针迹控制系统的协同效果影响了毯面上的针脚位置以及针密的精度；三是大规模电子罗拉纱线喂入系统的控制精度以及同步能力，纱线喂入系统根据主轴信号实时调整电子罗拉的速度，动态地实现对喂纱量以及纱线张力的控制。本文围绕影响多色多绒高簇绒地毯图案精度以及生产效率的因素，针对提花控制系统中纱线的非线性振动特性、针排横移系统的动态性能、多电机针迹控制系统的同步能力以及大规模电子罗拉纱线喂入系统的同步控制策略等问题开展了研究：首先，本文对多色多绒高簇绒地毯织机提花控制系统的控制对象-高旦束粘弹性纱线的动态力学行为进行了研究。在簇绒地毯的织造过程中高旦束粘弹性纱线兼有弹性固体和粘性流体

4、的变形特征，存在张力突变和变形延时的传递特性。针对高旦束纱线的粘弹性特点，本文基于改进型线性粘弹性方法和非线性粘弹性方法建立了纱线本构模型，并通过实验验证了模型的有效性。针对纱线在高速运行的状态下对外界的干扰十分敏感的问题，比如针排横移系统的振动、提花电子罗拉速度的波动、提花控制系统中的多电机同步运动效果等都会导致纱线轴向运动速度以及张力的变化，对粘弹性纱线束的振动特性进行了深入研究，通过分析得出纱线张力以及速度的变化对纱线的振动有很大的影响，确定了提升簇绒地毯花型图案分辨率的关键在于精确喂纱和动态张力的精确控I摘要东华大学博士学位论文制。在对纱线动态特性进行深入研究的基础上，

5、本文针对纱线振动的激励源-针排横移系统展开了振动控制技术研究，建立了簇绒地毯织机针排横移系统的数学模型，根据系统的频域特性对系统进行了校正补偿，并且针对系统特定的谐振点设计双T型陷波滤波器。为了能够实际应用，采用不同的方法对陷波滤波器进行离散化处理，并进行对比分析：采用零阶保持器和一阶保持器进行离散化都会存在一定的增益和相位裕量畸变，而预变形双线性逼近法在频域效果上更加贴近于连续陷波滤波器的控制效果。通过模型仿真以及实验验证了本方法对针排横移系统的固有振动频率有良好的抑制效果，系统振动幅值大幅下降，可以预测此方法也可应用于纱线振动抑制以及提花罗拉部件等其他执行机构的振动抑制。在

6、单个执行机构振动得到抑制、动态性能得到提升的情况下，考虑多个电机精确位置控制问题，针对多色多绒高簇绒地毯织机提花控制系统中的多电机针迹控制问题，提出了基于人群搜索算法的SOA-PID自整定控制策略，简化了PID控制器整定程序，提高参数的优化效果，进而提高多电机动态响应能力和跟踪精度。为了能够达到快速消除同步误差的目的，结合小波神经网络对任意函数逼近精度以及较强的学习能力，设计了一种基于小波神经网络的速度补偿器，并与固定增益的补偿器进行了实验对比分析，结果表明采用小波神经网络智能控制算法可以获得较强的同步跟踪能力以及鲁棒性，能够提升多电机针迹控制系统的同步精度，进而准确地控制簇绒

7、针脚位置以及毯面针密。在多色多绒高簇绒地毯毯面针迹得到快速精确控制后欲提高提花控制系统的控制精度以及生产效率，需要对纱线喂入系统进行多电机协同控制。尽管本文针对多电机伺服系统的同步控制策略提出了两种高性能的智能控制算法，但此类算法相对比较复杂，运算量也相对较大，并且随着伺服轴数量的增加对控制器以及控制网络硬件性能会提出非常高的要求。由于提花电子罗拉数量众多，为了分析解决大规模电子罗拉纱线喂入系统的控制精度以及同步能力问题，本文建立了提花电子罗拉群控耦合系统的动力学模型，结合簇绒地毯织机提花控