浆染联合机控制

2008年4月(下)

［井巷掘进的顺利进行是保证矿井建设的重要环节，如何在不稳定的围岩内实施超前注浆是矿井建设的重要保障。超前注浆施工方案为云驾岭铁矿高效率、高质量的顺利建成起到了关键的作用。［关键词］井巷掘进；超前注浆；安全技术措施1引言

张力控制被广泛应用于纺织、印刷、钢铁等行业，张力控制的好坏直接影响到产品的质量。在学院浆染联合机控制装置中，收卷盘头负责收卷源源不断地处理好

的纱线，其控制系统框如图1所示，通过对收卷盘头的控制，来保证收卷部分纱布的张力恒定。张力控制的精度直接影响织布产品的成品率，因此有必要精确控制卷材张力的恒定。所以，张力控制是纱布卷绕控制过程中的关键因素。本文提出了一种基于D S P 的恒张力控制硬件系统，在张力控制的应用中取得了较好的效果。

图1浆染联合机张力控制系统结构图

2张力控制策略

在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是D S P 控制。文中控制器采用增量式D S P 控制。

控制规律为

△u （k ）=k P △e （k ）+k I e （k ）+k D [△e （k ）-△e （k -1）](1)

其中△e （k ）=e （k ）-e （k -1）代入式(1)得

△u （k ）=（k P +k I +k D ）e （k ）-（k P +2k D ）×e （k-1）+k D e （k-2）(2)式中：e （k ）为给定值与反馈值之间的偏差；k P 为比例系数；k I 为积分系数；k D 为微分系数；k 为采样序列，k =1，2，3，…。

在张力控制的过程中，对系统张力每10ms 采样一次，将采集到的数据与张力控制器给定的参考值进行比较，得出偏差e （k ），△u （k ）

通过前后3次采样偏差值得到，由软件实现u

（k ）=k j =0

Σ△u （j ），从而控制系统张力的稳定。张力控制分为两个阶段：1）启动时的预处理，此时只需简单的比例调节，将张力加到收卷材料上；2）开始收卷时将张力控制切换到正常的P ID 调节器进行精确控制。

3系统的硬件设计

T M S 320L F 240系列D S P 的体系结构专为实时信号处理而设计，该系列D S P 控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，内部含有大量丰富的硬件资源，使得外部器件大为减少，不用过多地考虑器件的时延、逻辑关系、器件选择以及与其它电路的配合问题等。本系统主要由张力信号采集电路模块、电机驱动控制电路模块和MA X 485差分通信电路模块和最小系统组成。基本设计框图如图2所示。

图2系统设计框图

3.1张力信号采集

本系统包含1路张力信号采集模块，每路张力信号采集部分主要由差动放大芯片LM 324、V /F （伏/频）变换芯片LM 331组成。

张力信号经张力传感器转换为电压信号送给LM 324，LM 324包括两级差动放大和一级比较放大，输出为0～10V 电压信号。电压信号经第一级差动放大3倍，然后分别输出给第二级差动放大和比较放大器的输入端，当第一级差动放大后的信号≤100m V ，则经第二级差动放大后输出0～10V 的电压，当第一级差动放大后的信号＞100m V ，则经比较放大后输出10V 的电压。

LM 324输出0～10V 的电压送给LM 331，LM 331将0～10V 电压信号转换为0～10k H z 的频率信号，频率信号经光电隔离、波形整形后送给74H C 393，进行脉冲计数，然后将数据送给T M S 320L F 2407A 。

3.2P WM 驱动模块

T M S 320L F 2407A 自带16路P W M 波形输出功能，采样信号送

到C P U 后，通过软件编程，产生一定占空比S V P W M 信号的输出，来驱动I G B T 模块，产生一定占空比的电流信号，送给三相力矩异步电动机，来控制制动转矩，从而达到恒张力控制的目的。

4系统的软件设计

该控制系统的软件采用汇编语言编写，软件设计基于串行通讯模

块、时序模块和张力控制模块。串行通讯模块包括接受上位机数据、置标志位和向上位机发送数据等；时序模块包括对开关操作的响应，系统运行的任务调度，通讯处理等；张力控制模块包括张力数据处理，张力预处理和张力控制等。张力控制主要是通过对张力误差的处理，采用工业控制中普遍采用的P ID 调节器控制三相力矩异步电动机中的定子电流，从而控制制动转矩，以保持张力的恒定。

5实验结果

在控制过程中，测试点张力通过张力传感器反馈送到张力控制器，张力控制器是通过给定张力与张力传感器的反馈张力的差值进行调节的。张力传感器输出的是电压信号，经过V /f 变换后变为脉冲信号，1000个脉冲对应30kg 张力，即每个脉冲对应0.03kg 的张力。对放卷和收卷张力控制器的输出每100ms 采样一次。其中，每1个脉冲代表0.03kg 张力。由采样结果知恒张力控制的误差控制在0.1kg 以内，张力控制器的给定张力为10kg ，张力控制器的误差控制在1%以内。

6结论

本文设计的张力控制硬件系统，以T M S 2320L F 2407A 为控制芯片，具有结构紧凑、抗干扰能力强、快速性好、性能价格比高等优点，在控制过程中取得了良好的效果。随着国内纺织行业浆染工艺要求的多样化，对张力的控制要求越来越高，基于D S P 的恒张力控制系统将会有很好的应用前景。

作者简介；王一凡，1977年生，苏州大学在读工程硕士为专业方向：通信与通信网络技术。浆染联合机系统中基于D S P 的恒张力控制系统的研究

王一凡

12

邵卫东

1

（1.苏州大学电子信息学院，江苏苏州

215006；2.常州纺织服装职业技术学院，江苏常州213164）

摘要］利用数字信号处理器（D S P ）对浆染联合机系统中恒张力进行控制的方法详细阐述了系统的硬件结构和软件设计，在控制策略上采用增量式P I D 控制方法。实验表明，利用D S P 设计的硬件系统比较成功，通过D S P 自带的P WM 输出能很方便地实现恒张力控制的目的，恒张力控制的误差范围在1%以内，取得了很好的控制效果。［关键词］数字信号处理器；增量P I D 算法；P WM 张力控制[参考文献]

[1]陶永华,尹怡欣.新型P I D 控制及应用[M ].北京:机械工业出版社,1998.

[2]江思敏.TM S320L F 240×D S P 硬件开发教程[M ].北京:机械工业出版社.[3]张耀,赵光宙.琴弦专用设备的张力控制系统设计与实现[J ].电气传动.

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