纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统及其方法与流程

本发明涉及纺丝机械控制技术领域，特别涉及纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统及其方法。

背景技术：

化纤长丝在纺丝机上被绕成圆柱形卷装。在卷装过程中，随着卷绕直径的增大，卷装端面的卷绕密度比卷装中间的卷绕密度大，如果不做处理，就会形成凸肩丝，引起卷绕机构的振动，损坏卷装的成形，而且在后继退绕时易发生断头和脱圈。为了防止凸肩的发生，有多种可供使用的边缘动程处理方法，例如：槽轨动程修正法、螺杆动程修正法、分级动程修正法等等，使用缩进卷装端面动程的方法而修正边缘的丝圈卷装密度。但它们都存在着一定的不足和缺陷，其中最为突出的问题是动程在极小位置会形成凸边。由于这些方法只能以固定位置的动程极点运行，而正反转切换动作有机械惯性，且传动机构存在间隙，每次在动程极点位置并不是立即返回，而是停留一个微小的时间再返回。多次大周期之后，纺丝就会在这些极点位置形成凸边现象，从而影响后续工艺的高速退绕质量。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统及其方法，旨在有效地防止凸肩，消除凸边现象，提高卷装成形质量。在后续工艺高速退绕下，能极大减少产生断头和脱圈。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统，包括用于卷绕纺丝的丝筒和往复导丝机构，所述往复导丝机构包括导丝本体及在导丝本体上横向移动引导引线的导丝器，还包括用于对卷绕纺丝进行边缘控制的边缘控制器、用于联动导丝本体及导丝器产生偏移的往复导杆和用于驱动往复导杆移动的驱动机构，所述边缘控制器通过驱动机构连接所述的往复导杆，控制导丝本体及导丝器的偏移叠加量大小，使卷装边缘缩进动程大小分级且随机。

本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统，通过控制往复导丝机构产生叠加偏移量的往复导杆，而达到控制目的，边缘控制器通过驱动机构修正连杆的往复移动，使导丝本体及导丝器陈生一个偏移叠加量，能有效避免由于正反转切换等机械惯性而产生的凸边现象，本发明能有效地防止凸肩，消除凸边现象，提高卷装成形质量。在后续工艺高速退绕下，能极大减少产生断头和脱圈。

具体地，所述驱动机构包括伺服驱动器、驱动电机、减速机，所述边缘控制器、伺服驱动器、驱动电机、减速机依次连接，还包括连接往复导杆端部用于控制其横向移动的槽轨，所述减速机通过传动皮带连接槽轨，所述槽轨转动时控制所述往复导杆横向往复移动。进行边缘控制时，边缘控制器通过伺服驱动器控制驱动电机转动，再通过减速机实现精确的传动控制，再通过传动皮带控制槽轨及往复导杆的精确往复移动，实现了边缘控制的精确控制。

纺丝分级范围随机的边缘动程控制方法，根据预先设置的一个动程级数N控制分级卷装边缘缩进动程大小S_n ，边缘缩进动程叠加一个随机的偏移量，形成最终的实际动程。

本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制方法，在边缘缩进动程叠加一个随机的偏移量，通过将边缘缩进动程划分等级，且动程往返点在等级范围内均匀分布，是卷装端面的卷绕密度得到适量补偿，避免了凸肩的产生，且在各个等级叠加一个随机的偏移量，能有效避免由于正反转切换等机械惯性而产生的凸边现象，本发明能有效地防止凸肩，消除凸边现象，提高卷装成形质量。在后续工艺高速退绕下，能极大减少产生断头和脱圈。

进一步，所述分级随机的边缘缩进动程S_n满足如下公式：

S_n=S_min+(S_max-S_min)*(rand()+n)/N，其中：

S_n为边缘缩进动程；

S_min为边缘缩进动程最小值；

S_max为边缘缩进动程最大值；

rand()为输出范围在[0，1]区间内的随机函数；

N为预设的动程级数，表示一个动作周期内整个缩进动程的区域平均分为N份；

n为[0，N-1]区间内的正整数，动作周期内每次需要计算分级叠加偏移时n在[0，N-1]区间内变化。

每个动作周期，根据当前级数计算出该次动作的边缘缩进动程所对应的往复导杆的移动速度和移动时间，导丝器在快速横动往复移动时，其位移两端的往返点随着往复导杆的缓慢位移而逐渐向中间收缩至当前级数的动程极点，接着往复导杆同速反向回到原点，导丝器的往返点也同步扩张到最大动程位置，下次动作时，按照下次动作所对应的级数使边缘缩进动程作出对应的收缩，由于rand()是随机的，因此每次动作周期的叠加偏移量都不相同，由于不会存在相同的动程收缩极点，因此不会在某个位置产生突然变大的卷绕密度而出现凸边的现象。

作为上述的一种改进方式，每个动作周期所述n在[0，N-1]区间内按大小顺序进行变化。即顺序动程控制，其包括，该动作周期的n由最大值逐渐减少到最小值，这时n由 N-1 逐渐减少到0。

作为上述的另一种改进方式，每个动作周期所述的n依次选择[0，N-1]区间内的最大值和最小值，直至[0，N-1]区间内的所有正整数被全部选择。即插序动程控制，n值的变化不具备渐变规律，每个动作周期，先选择最大值，让边缘缩进动程最大，再选择最小值，让边缘缩进动程最小，再选择次大值、次小值的级数，直到将[0，N-1]区间内的所有正整数被全部选择后，即n=(N-1)/2时结束，该方法可以可以解决卷装双肩在较大分级数N时的硬度不均的问题，提高丝饼的成型质量。其原理是让丝饼的边缘缩进动程在每个较小的时间段内，其平均值保持稳定，使每一层丝圈的卷绕密度保持稳定。

进一步，rand()在一个动作周期内为固定值，进行第二个动作周期时随机变化。即每次动作周期内rand()保持一个固定值，直到下个周期开始时rand()再生成一个随机数供当前周期使用，该好处是不用频繁生成随机数，而且当前周期的随机变量的统一，有利于丝饼保持较好的一致性和整体性。

进一步，在控制往复导丝机构运行通过如下方法进行控制：

步骤A、将动程级数N缩进最小动程S_min、缩进最大动程S_max、动程运行时间T_r、动程停止时间T_s参数及缩进动程S_n公式算法的相关系数输入并保存在边缘控制器的存储器中；

步骤B、在边缘动程控制开始之前，通过计算机计算当前缩进动程范围S_max-S_min、当前缩进动程S_n及导丝器移动的速度脉冲个数P_n及其脉冲设定初值T_n，并初始化随机函数rand()的函数种子，初始化动程控制顺序，为实施动程控制过程的实时控制提供比较信息；

步骤C、启动边缘控制，在边缘控制过程中，通过计算机求得下一步缩进动程S_n及其速度脉冲个数P_n及其下一步动作序号，根据当前实测的位置状态，调用实时控制算法，控制速度脉冲的频率、方向和时间，以及停止位置的制动和时间。

进一步，在边缘动程控制之前，为实施边缘动程的实时控制提供比较信息可由边缘动程计算机控制系统中的上位机完成工艺参数设置与计算，在边缘动程控制过程中，为执行边缘动程的位置控制可由边缘动程计算机控制系统中的下位机控制驱动设备完成运行动作。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明边缘动程控制系统的系统原理框图；

图2是本发明边缘动程控制方法的顺序动程曲线图；

图3是本发明边缘动程控制方法的插序动程曲线图。

具体实施方式

参照图1所示，本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统，包括用于卷绕纺丝的丝筒1和往复导丝机构2，所述往复导丝机构2包括导丝本体21及在导丝本体21上横向移动引导引线的导丝器22，还包括用于对卷绕纺丝进行边缘控制的边缘控制器、用于联动导丝本体21及导丝器22产生偏移的往复导杆3和用于驱动往复导杆3移动的驱动机构，所述边缘控制器通过驱动机构连接所述的往复导杆3，带动导丝本体21及导丝本体21中的导丝器22产生横向叠加偏移，通过控制导丝本体及导丝器的偏移叠加量大小，使卷装边缘缩进动程大小达到分级且范围随机的效果。

具体地，所述驱动机构包括伺服驱动器、驱动电机4、减速机5，所述边缘控制器、伺服驱动器、驱动电机4、减速机5依次连接，还包括设置于往复导杆3端部用于控制其横向移动的槽轨6，所述减速机5通过传动皮带7连接槽轨6，所述槽轨6转动时控制所述往复导杆3横向移动。进行边缘控制时，边缘控制器通过伺服驱动器控制驱动电机4转动，再通过减速机5实现精确的传动控制，再通过传动皮带7控制槽轨6的精确横向移动，实现了边缘控制的精确控制。

本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制系统，通过设置带动往复导丝机构2产生横向叠加偏移的往复导杆3，边缘控制器通过驱动机构控制往复导丝机构2的横向移动范围，使导丝器22在其边缘位置产生分级随机的横向收缩叠加偏移，能有效避免由于正反转切换等机械惯性而产生的凸边现象，本发明能有效地防止凸肩，消除凸边现象，提高卷装成形质量。在后续工艺高速退绕下，能极大减少产生断头和脱圈。

本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制方法，根据预先设置的一个动程级数N控制分级卷装边缘缩进动程大小S_n ，边缘缩进动程叠加一个随机的偏移量，形成最终的实际动程。

所述分级随机的边缘缩进动程S_n满足如下公式：

S_n=S_min+(S_max-S_min)*(rand()+n)/N，其中：

S_n为边缘缩进动程，即当前动作导丝器22的往返点从当前最远端向中间收缩的距离；

S_min为边缘缩进动程最小值，即导丝器22在导丝本体21上移动的边缘缩进动程最小值；

S_max为边缘缩进动程最大值，即导丝器22在导丝本体21上移动的往返点从当前最远端向中间收缩的最小距离,确定当前丝饼边缘动程收缩的最小值；

rand()为输出范围在[0，1]区间内的随机函数；

N为预设的动程级数，表示一个动作周期内边缘缩进动程产生N次的有规律变化，控制丝饼边缘的平滑性，N越大丝饼卷装的边缘卷绕密度，使其修正后，与中间的一样，其中N不是越大越好，一般取N等于6。；

n为[0，N-1]区间内的正整数（即n=0,1,2,***,N-1），动作周期内每次需要计算分级叠加偏移时n在[0，N-1]区间内变化。

本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制方法，将不能变化的动程极点变成可以随着周期动作作随机变化的动程极点。将边缘缩进动程大小进行可设置的分级，并且可在每个动作周期针对每一级的缩进动程在一定范围内叠加同样的微量偏移。其中每个动作周期，根据当前级数计算出该次动作的边缘缩进动程，导丝器22的往返点根据该缩进动程收缩到对应的动程极点位置，下次动作时，按照下次动作所对应的级数移动到对应的动程极点位置，由于rand()是随机的，因此每次动作周期的叠加偏移量都不相同，由于较长的时间段都不会存在重复的缩进动程，因此不会在某个位置产生重复的往返点而出现凸边的现象。

其中动作周期中动程级数N根据工艺设定可分为顺序动程控制和插序动程控制。

采用顺序动程控制时，每个动作周期所述n在[0，N-1]区间内按大小顺序进行变化。该动作周期的n可以由最大值逐渐减少到最小值，即n由 N-1、N-2、N-3、N-4 逐渐减少到0的过程。另外该动作周期的N保持不变。

采用插序动程控制时，每个动作周期所述的n依次选择[0，N-1]区间内的最大值和最小值，直至[0，N-1]区间内的所有正整数被全部选择，即n从N-1、0、N-2、1逐步变成(N-1)/2的过程。n值的变化不具备渐变规律，每个动作周期，先选择最大值的级数，让缩进动程最大，再选择最小值的级数，让缩进动程最小，再选择次大、次小的级数，直到将[0，N-1]区间内的所有正整数被全部选择后，即n=(N-1)/2时结束，该方法可以可以解决纺丝端面硬度不均的问题，提高丝饼的成型质量。其原理是让丝饼的边缘缩进动程在每个较小的时间段内，其平均值保持稳定，使每一层丝圈的卷绕密度保持稳定。。

其中rand()在一个动作周期内为固定值，进行第二个动作周期时随机变化。即每次动作周期内rand()保持一个固定值，直到下个周期开始时rand()再生成一个随机数供当前周期使用，该好处是不用频繁生成随机数，而且当前周期的随机变量的统一，有利于丝饼保持较好的一致性和整体性。

在控制往复导丝机构2动程收缩过程中具体通过如下方法进行控制：

步骤A、将动程级数N、缩进最小动程S_min、缩进最大动程S_max、动程运行时间T_r、动程停止时间T_s参数及缩进动程S_n公式算法的相关系数输入并保存在边缘控制器的存储器中；

步骤B、在边缘动程控制开始之前，通过计算机计算当前缩进动程范围S_max-S_min、当前缩进动程S_n及导丝器22移动的速度脉冲个数P_n及其脉冲设定初值T_n，并初始化随机函数rand()的函数种子，初始化动程控制顺序，为实施动程控制过程的实时控制提供比较信息；

步骤C、启动边缘控制，在边缘控制过程中，通过计算机求得下一步缩进动程S_n及其速度脉冲个数P_n及其下一步动作序号，根据当前实测的位置状态，调用实时控制算法，控制速度脉冲的频率、方向和时间，以及停止位置的制动和时间。

进一步，在边缘动程控制之前，为实施边缘动程的实时控制提供比较信息可由边缘动程计算机控制系统中的上位机(人机界面)完成工艺参数设置与计算，在边缘动程控制过程中，为执行边缘动程的位置控制可由边缘动程计算机控制系统中的下位机(单片机或PLC系统)控制驱动设备(变频器或伺服驱动器)完成运行动作。

在进行动程控制时，边控伺服驱动器的位移-时间曲线能够很好地反映系统控制的状态。举例说明，如图2所示，4级顺序动程曲线示意图。

其中动程级数4级，动程范围[2,10]mm，运动时间5s，停止时间3s，动程周期8s，每32秒完成1个大周期。N以4-3-2-1的顺序循环运行。缩进动程范围[2,10]mm平均分为4个区域，每个区域有1个动程极点。每1个大周期，动程极点会整体随机偏移。这个偏移可以解决原来的边控系统的凸边问题，也是本发明的创新点之一。

本发明的另一个创新点是插序动程控制，举例说明，如图3所示4级插序动程曲线示意图。这种控制方式不是按缩进动程幅度从大到小的顺序运行，而是在这个顺序的基础上，把1个大周期里面后面的动程提前插入运行。图2就是以4-1-3-2的插序运行。如果是8级动程，就会以8-1-7-2-6-3-5-4运行。这种控制方式，在8级以上的动程控制中，效果会比较明显。可以解决卷装双肩在较大分级数N时的硬度不均的问题，提高丝饼的成型质量。其原理是让丝饼的边缘缩进动程在每个较小的时间段内，其平均值保持稳定，使每一层丝圈的卷绕密度保持稳定。

本发明的纺丝分级范围随机的边缘动程控制方法，在边缘缩进动程叠加一个随机的偏移量，通过将边缘缩进动程划分等级，且动程往返点在等级范围内均匀分布，使卷装端面的卷绕密度等到适量补偿，避免了凸肩的产生，而在各个等级叠加一个随机的偏移量，且有效避免由于正反转切换等机械惯性而产生的凸边现象，本发明能有效地防止凸肩，消除凸边现象，提高卷装成形质量。在后续工艺高速退绕下，能极大减少产生断头和脱圈。可用于纺丝机的往复导丝机构2的往复导杆3的有规律横动，适用于卷绕任何线条状材料圆柱形卷装的卷绕机构的边缘动程控制。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。