基于偏移补偿模型的大曲率复杂芯模编织牵引轨迹优化控制方法

针对大曲率复杂芯模编织过程中机器人示教困难、织物编织角不稳定等问题,提出一种基于偏移补偿模型的编织牵引轨迹优化控制方法。首先基于不稳定编织阶段收敛距离的变换,建立预成型编织点预测模型;其次对芯模进行离散化处理,调整每一段离散芯模的轴线垂直通过动态编织点平面,修正每段芯模编织进给长度,利用芯模变截面过程的不稳定编织阶段进行芯模姿态调整,同时调整不稳定阶段牵引速度以更快达到稳定编织状态。试验结果表明,该轨迹优化方法能有效避免大曲率复杂芯模预成型体的纱线堆积和编织角波动范围大的问题,能够提高预成型体编织质量。

基于动态收敛长度模型的异形结构芯模编织控制策略

近年来,复合材料广泛地代替金属材料应用在复杂结构件上。在异形结构预成型体的编织过程中,针对芯模半径连续变化导致编织角不稳定等问题,本文提出一种机器人牵引速度的控制方法。首先对异形结构芯模进行离散化处理得到每段的半径,然后对机器人的牵引速度进行优化计算,通过计算得到的牵引速度对编织角进行调整同时得出推进距离与实际编织长度的关系。最后通过机器人二次推进对编织长度进行补偿,并基于动态收敛长度进行下一段芯模的编织。试验结果证明,该控制方法能有效降低异形结构芯模的编织角误差并维持在±3°以内,对实际生产中编织角的严格把控以及任意曲率芯模的编织具有重大意义。

大尺寸异形结构芯模编织策略及纱线轨迹预测

针对大尺寸异形结构芯模在编织过程中牵引轨迹精度低、编织角误差大等问题,提出一种基于双机器人协同夹持芯模进行编织的轨迹求解方法,并预测纱线轨迹。首先求解第1台机器人轨迹保证任意一段离散芯模垂直通过编织平面,再利用几何约束求解第2台机器人轨迹,然后提出针对该机器人轨迹的纱线预测模型,预测任意时刻纱线落在芯模上的位置。实验结果表明:使用本文求解的机器人轨迹进行编织可使芯模等截面部分编织角与期望值的误差在±3°以内,弯曲变截面部分的误差在±7°以内;预测模型的结果与实际测量编织角的等截面部分误差在±3°以内,弯曲变截面部分的误差在±5°以内。

基于人群搜索算法的多伺服电机协同控制研究

针对多伺服电机协同控制系统,以4台电机为控制对象,通过分析协同控制原理和特点,结合多电机协同控制系统参数时变、负载扰动等因素,与常规PID(proportion integration differentiation)相融合,设计了基于人群搜索算法的SOA_PID控制器,建立了SOA_PID控制器的控制结构,采用Matlab/Simulink搭建仿真试验平台,建立伺服电机仿真模型.系统仿真结果表明,基于人群搜索算法的SOA_PID控制器能有效地提高多伺服电机同步控制性能,收敛精度高,健壮性较好,抗扰动能力强,相对于常规PID控制,其能更好地实现多伺服电机的协同控制.

簇绒地毯织机耦联轴系的铰链间隙对毯面绒高的影响

为给高质量簇绒地毯的开发提供设备保障,针对运动副铰链中存在间隙的问题,以DHGN801D-400型簇绒地毯织机耦联轴系的主轴系统为研究对象,介绍了簇绒地毯织机耦联轴系的组成部分,分析了针机构的运动特性。考虑到簇绒针机构中3处易磨损的铰链间隙,基于虚拟样机ADAMS软件得到不同间隙下簇绒针的位移、速度、加速度及铰链支反力,从而根据针位移分析铰链间隙对毯面绒高的影响。再以铰链点坐标及杆长为设计变量,以铰链副间的冲击力和针行程最小为优化目标,对该簇绒针机构进行多目标优化,得到最优的铰链坐标及杆长,将铰链间隙对绒高的影响降到最低。

基于小波神经网络的多电机偏差耦合控制研究

现有的多伺服电机系统协同控制方案难以满足高精度控制的要求,该文将小波神经网络与多伺服电机控制相结合,提出基于小波神经网络补偿器和偏差耦合控制结构相结合的多伺服电机协同控制策略。采用Matlab/Simulink搭建系统仿真平台,建立了4台永磁同步电机的协同控制仿真模型。仿真实验表明,相比基于固定增益补偿的控制结构,基于小波神经网络的多伺服电机协同控制结构具有更高的同步精度,速度波动小、调节时间短、收敛速度快。

簇绒地毯织机耦联轴系的扭转振动对毯面绒高的影响

针对轴系扭转振动对毯面品质影响的问题,以DHGN801D-400型簇绒地毯织机耦联轴系的主轴系统为研究对象,分析扭转振动对毯面绒高的影响.首先考虑在V带与带轮的非线性摩擦及交变负载作用下,求得主轴的角速度和角加速度,并计算出带轮输出转矩,即主轴的输入驱动转矩;然后利用有限元软件,分析主轴动态扭转角;最后采用数值仿真法,得到单侧驱动和双侧驱动下轴系扭转振动对毯面绒高的影响,并提出采用双侧驱动且轴径为25mm的最佳结构方案.研究结果表明,双侧驱动比单侧驱动更具优势,并且耦联轴系的扭转振动对毯面的影响较小.

用于簇绒地毯织机的新型钩刀割绒机构

为解决多色提花钩刀割绒系统在移针时整个系统的横移问题,根据簇绒地毯割绒的形成原理,设计了一种新型的用于簇绒地毯织机上的钩刀割绒机构,能准确完成勾纱-脱纱工艺。根据这套钩刀割绒机构的机构简图,分成3个封闭多边形,对每个封闭多边形依据其矢量关系,建立矢量方程式,并利用欧拉公式简化方程,进行实部与虚部分离得到构件位移;接着对相关方程式讨论其一阶导数、二阶导数分别得到构件的速度、加速度的数学求解式。通过这些求解式运用Mat Lab进行编程,计算所求量,得到各构件的运动规律,以及成圈钩的角位移、角速度和角加速度的变化曲线。

地毯织机提花系统步进电动机的调速控制

采用基于STM32F407芯片的控制平台,研究该芯片中定时器控制脉冲的产生机制;根据步进电动机S曲线启动要求,理论推导定时器计数次数,并将其代入控制程序;通过上位机软件Scope View设置需要观察的变量:即主轴实际转速与速度比值,导出变量随时间变化值;利用Matlab软件以及地毯织机提花控制系统中步进电动机的送纱量与速度比值公式,分析定时器计数次数与速度比值的关系,反复修改定时器计数次数,随之改变速度比值。结果表明:速度比值的变化可实现步进电动机的S曲线加减速运动。

簇绒地毯织机横移机构的谐振抑制

针对簇绒地毯织机高速运行时横移机构易出现机械谐振,影响横移系统快速响应和稳定性的问题,在对横移传动机构进行理论建模的基础上设计了校正补偿装置。首先根据横移传动系统的阶跃响应情况,采用双T型陷波滤波器消除了横移传动系统的机械谐振点。然后使用预变形双线性逼近法对陷波滤波器进行离散化处理,并且与零阶保持器和一阶保持器等离散算法进行了实验对比。结果表明,双T型滤波器有效地消除了横移机构高速运行时产生的机械谐振,而且在频域特性方面,采用预变形逼近法设计的离散陷波滤波器可获得比零阶和一阶保持器更加准确的逼近效果。

簇绒地毯织机多区域纱线的振动特性

为了提高簇绒地毯品质,正确了解不同区域内纱线振动特性显得尤为重要。针对不同路径上的纱线束,采用牛顿第二定律建立了纱线横向振动方程,得到不同区域的纱线振动特性曲线及振动频率。介绍了簇绒地毯装备系统的组成,并对纱线路径进行了划分;对纱线微元段进行受力分析,建立纱线横向振动方程,并采用Galerkin截断法将振动偏微分方程变为常微分方程,利用Runge-Kutta方法对方程进行数值求解,得到不同区域内的纱线振动振动频率,并着重分析了经过提花部件后的纱线特性。结果表明,纱线经过提花部件后,纱线的最大振幅为3.75 mm,对提花地毯品质的影响较大。

径向环形编织机机电一体化系统建模及控制策略研究

针对径向环形编织机电气特性与机械特性的差异导致的编织机电机易超载甚至被烧毁的问题,建立了编织机机电一体化系统模型。该模型包括编织环模型和牵引滑台模型,其中编织环模型由88个齿轮的闭合传动与4个永磁同步电机的同步驱动耦合而成,牵引滑台模型由永磁同步电机的驱动与滚珠丝杠的运动耦合而成。为了解决编织环上4个电机因齿侧间隙等的存在造成的负载不均,提出了转矩均衡控制方法,即:主电机受速度环和电流环双环闭合控制,从电机只受电流环控制;主电机速度环的输出量作为从电机电流环的给定量。为了较快地使编织环电机组的转速与滑台电机的转速满足协同关系,提出了跟踪性能与同步性能解耦控制方法即交叉耦合解耦控制方法,将跟踪误差补偿量按一定比例关系缩小至幅值以下,以凸显协调误差补偿的效果。进行了现场实验,结果表明,采取所提出的控制策略能够使编织环4个电机的输出转矩相差较小,而且在电机启动与加减速阶段可以使编织环主电机与滑台电机的转速达到协同要求的时间大幅缩短。根据控制策略设计了编织机伺服控制系统。研究结果对织物编织质量的提高起到了重要的指导作用。

基于RBF神经网络的雪尼尔地毯提花控制策略

针对负载转矩不稳定和提花电机响应迟滞影响簇绒地毯提花精度的问题,通过分析雪尼尔地毯的提花工艺和提花电机的动态特性,提出一种RBF(radical basis function)神经网络与PID(proportion integration differentiation)相融合的提花控制策略,借助Matlab/Simulink软件工具搭建提花控制系统仿真模型。仿真结果表明:RBF神经网络与PID融合的控制策略与模糊PID控制相比,提花电机响应时间缩短约5 ms,响应时间占成圈时间的比例从20%降低到16%,超调量降低5%左右;在响应时间100 ms时施加0.5 N·m干扰,转速下降值从10 r/min减少到4 r/min左右,转速恢复稳定的时间缩短约8 ms。借助簇绒地毯织机进行测试,通过对比仿真与试验所得速度响应曲线,验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性。

经编车间过程监控与生产调度

为解决经编车间监控手段落后而导致车间管理人员难以实时掌握车间生产情况的问题,在分析经编车间生产过程特点的基础上,设计开发了基于信息物理系统(cyber-physical system,CPS)的车间两级监控与生产调度系统。建立经编机信息模型对应物理实体,并赋予数据深刻内涵。采用BP神经网络构建了经编布织造时间预测模型,用以预估生产交期。提出一种改进遗传算法,利用监控系统的数据求解生产订单排程,辅助解决经编车间生产决策问题。应用该系统后,员工生产积极性与设备利用率均有所提高,且操作工人数减少10%,产能提高2%。

数据驱动的经编机横移机构故障检测方法研究

在经编机运行过程中,其横移机构可能会因横移控制系统失控或传动误差而发生故障。为实现经编机横移机构故障的有效检测,结合振动信号的组合特征和支持向量数据描述(support vector data description, SVDD)算法,提出一种由数据驱动的故障检测方法。首先,采集经编机横移机构的振动信号并提取其时域特征;然后,采用小波包分解获取振动信号在各频带上的能量占比,并结合时域特征构建特征向量。最后,基于训练样本(仅含正常样本)的特征向量,利用SVDD算法构建独立封闭的最小超球体,并通过比较测试样本到超球体球心的距离与超球体半径来实现经编机横移机构的状态评估。对基于所提出方法的故障检测结果与仅使用时域特征和SVDD算法以及使用组合特征和支持向量机(support vector machine, SVM)的故障检测结果进行对比。结果表明,结合振动信号组合特征和SVDD算法的故障检测方法的准确率更高。研究结果可为经编机横移机构故障的准确检测提供理论基础,进而为经编机管理人员提供一定的辅助决策信息。

基于OPC UA的簇绒地毯织机设备互联互通的研究与实现

针对当前簇绒地毯织机车间的数据采集系统应用接口不统一、信息难以集成和数据可视化程度低的问题,提出一种基于OPC UA框架的工业互联网数据采集方案。通过分析簇绒地毯织机机械结构和功能,结合OPC UA信息建模的规范,建立了规范的簇绒地毯织机信息模型。根据簇绒地毯织机车间生产现状,提出了簇绒地毯织机数字化车间互联互通架构和信息集成的具体实现方式。利用开源SDK开发了OPC UA服务器,提出服务器绑定数据源的方案,接着实现了簇绒地毯织机数据采集统一接口,并对数据采集统一接口的功能进行测试,验证基于OPC UA实现的数据采集系统在解决簇绒地毯织机车间信息孤岛问题的可行性。结果表明,所设计的工业互联网数据采集方案能够实现簇绒地毯织机设备的信息集成和互联互通,并可将数据上传云端,供远程访问和监控。

基于模糊电子凸轮曲线控制的经编机电子横移控制系统

针对经编机对电子横移伺服的加速度要求较高,导致横移伺服的性能制约了主轴转速的问题,分析了影响横移伺服加速度的因素以及不同凸轮曲线的性能,提出了基于模糊电子凸轮曲线控制的经编机电子横移控制算法。将主轴转速和移针量作为模糊控制器的输入,根据输出的加速度选择合适的电子凸轮曲线,并利用BECKHOFF公司的TwinCAT软件,对采用模糊电子凸轮曲线控制的经编机电子横移控制系统进行仿真验证。结果表明,采用该算法后,控制系统可根据不同的主轴转速和移针量自动选择并变换横移伺服的凸轮曲线,同时可在横移伺服性能允许的前提下选择性能最优的凸轮曲线。

面向经编机产能的预测算法设计

针对经编机产能预测的高度非线性和不确定性,采用BP(back propagation)神经网络和RBF(radial basis function)神经网络对其进行求解。同时,针对BP神经网络的权值和阈值以及RBF网络隐节点中心向量值、基宽向量和连接权值难确定的问题,采用PSO(particle swarm optimization)算法和GA(genetic algorithm)对其优化求解,设计PSO-BP、GA-RBF和PSO-RBF等3种预测算法实现经编机产能的预测,并采用RMSE(root mean square error)值、MAPE(mean absolute percentage error)值和预测精度作为网络性能评价指标。试验结果显示,相比较PSO-BP和GA-RBF算法,PSO-RBF算法的各项网络性能指标均为最佳,其中预测精度达到了95.71%。因此,PSO-RBF算法在解决经编机产能预测问题上具有可行性、可靠性和优势性。

三维增材鞋面印花机对位平台的冗余驱动控制策略

针对自动鞋面印花机在进行对版时定位精度低,影响鞋面印刷质量的问题,提出了基于冗余驱动的印花机对位平台。在原有的三轴并联机构对位平台的基础上通过增加1个Y轴,有效地提高了对位平台Y向的刚度和承载能力,从而提高了印花机对位平台的定位精度。由于冗余驱动机构运动过程中存在机构运动耦合,利用几何法进行解耦,提出了基于电子凸轮的控制策略。同时提出了对机构换向间隙补偿的控制策略,进一步提高对位平台的定位精度,保证了鞋面的印刷质量。经过实验验证,改进后的印花机对位平台Y向定位精度提高了85.7%,Z向旋转定位精度提高了72.9%,X向和Y向换向间隙分别提高了50%和75%,Z向旋转换向间隙提高了42.86%。

基于时域法的经编机电子横移系统动态性能

针对国内经编机电子横移系统提速困难、高速运行时出现振荡的现象,建立经编机电子横移系统的数学模型,采用时域法对电子横移系统进行降阶处理,并在MATLAB/Simulink软件中进行仿真验证。分析加入机械传动部分对电子横移系统性能的影响,结果表明,机械传动部分的加入会向系统中引入一对靠近虚轴、阻尼比极小的共轭复根,使得系统有发生振荡的趋势。分析位置调节器增益和速度调节器增益对电子横移系统性能的影响,结果表明,增大位置调节器增益和速度调节器增益有利于提高电子横移系统的响应速度并增大系统的带宽,但过大的位置和速度调节器增益将使系统产生机械谐振现象,不利于系统的稳定性。