织机及其超启动控制方法及系统与流程

本发明涉及纺织织造行业织机领域，具体地，涉及织机及其超启动控制方法及系统，尤其是喷水织机及其进行超启动的控制方法及系统。

背景技术：

开车痕的存在严重影响织物质量，对开车痕的控制是衡量织物质量的重要指标之一，也是衡量当代织机织造性能的重要指标之一。开车痕是织机在正常织造时由于断经、断纬或其它原因造成的织机停车后再启动而形成的布面横档织疵，主要是由于织机因故停车时经纱张力发生变化改变而引起经纱蠕变或松弛致使织口位置移动而产生的，而开车后织机在第一纬时转速变化造成的打纬力变化是开车痕产生的最直接原因。

国内外的织机制造商和研究者一直在寻找解决此问题的方法。如采用电子送经卷取机构、自动寻纬装置，有的织机还配备了织口紧随装置来调节经纱张力，调整织口位置，从而消除经纱蠕变和松弛造成的影响。但是这些机构和装置要实现其功能，对电机和控制的要求都比较高。还有些织机采用增大主电机功率或者采用超启动电机的方式来解决织机启动时打纬力不足的问题，本质上是为了增大主电机启动时的转矩。

除了尽量减少织机停车，优化上机工艺，提高织造效率外，解决第一纬打纬力问题最有效的措施是改变启动转矩，目前市场上有两种方法：

(1)传统的织机多采用交流异步电机通过离合器方式驱动主轴，其为了获得快速启动的超启动效果，采用的技术方案为：织机中的电机采用三角接法结合星形接法，电机在启动过程中通过三角接法与星形接法的切换来实现超启动，保证了主轴的快起快停性能，从而保证其起停角控制，能够快速地达到额定转速，恢复打纬力。其中，电机不同接法之间的切换需要使用到交流接触器，超启动带来的大电流有可能损害到交流接触器，并且在切换过程中产生的拉弧存在引起织物燃烧的安全隐患。而且，交流异步电机不易进行调速，一般织机只能通过调整皮带轮有级改变主轴车速，增加了机械的复杂程度和维护难度，更重要的是无法改变启动转矩，同一台织机面对不同品种的织物时，会出现稀档或密档的现象，通过调整机械解决开车痕难度很大。三相异步电动机刚启动时，转差率s＝1，转子漏电抗最大，转子侧功率因数很低(0.3左右)，启动时转子绕组电流有功分量很小，导致启动电流高且转矩不大；因异步电机的功率因数低，电机要从电网中吸收大量的无功电流，使电网的品质因数下降，影响了电能的有效利用；同样由于异步电机的效率低，要满足输出功率的要求，势必要从电网多吸收电能，进一步加大了能量的损失，加重了电网负荷。

(2)采用超转矩驱动电机。电机启动转矩倍数是电机启动性能好坏的重要指标。电机启动转矩与电机额定转矩的比值越大，则表明电机带载启动能力越强，启动时速度上升越快，其中开关磁阻电机最为典型。开关磁阻电机可频繁正、反转启动、停车，系统的调控性能好，控制灵活，易于实现各种特殊要求的转矩。但是开关磁阻电机有转矩脉动，从工作原理可知，开关磁阻电动机转子上产生的转矩是有一些列脉冲转矩叠加而成的，由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响，合成转矩不是一个恒定转矩，而是又一个谐波分量，这影响了电动机低速运行性能，而且转子旋转布距角通过2.5倍减速比后导致织机主轴的旋转布距角难以满足织机慢速寻纬定位精度小于1度的要求；电机传动系统的噪声与震动比一般电机大。而且开关磁阻电机及其控制部分价格极其昂贵，市场接受能力差。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种织机及其超启动控制方法及系统。

根据本发明提供的织机超启动控制方法，包含以下步骤：

过调制运行步骤：通过启动电压驱动永磁同步电机，获得启动转矩，其中，所述启动电压高于永磁同步电机的运行频率对应的驱动电压；

所述过调制运行步骤包含以下任一个或全部步骤：

第一模式运行步骤：令永磁同步电机处于过调制模式ⅰ；

第二模式运行步骤：令永磁同步电机处于过调制模式ⅱ；

线性调制运行步骤：通过控制驱动永磁同步电机的电压，在设定时间段后，将永磁同步电机的转矩由启动转矩跌落至运行转矩，其中，运行转矩对应于所述运行频率；令永磁同步电机处于线性调制模式。

本发明还提供了一种织机超启动控制系统，包含以下模块：

过调制运行模块：通过启动电压驱动永磁同步电机，获得启动转矩，其中，所述启动电压高于永磁同步电机的运行频率对应的驱动电压；

所述过调制运行模块包含以下任一个或全部模块：

第一模式运行模块：令永磁同步电机处于过调制模式ⅰ；

第二模式运行模块：令永磁同步电机处于过调制模式ⅱ；

线性调制运行模块：通过控制驱动永磁同步电机的电压，在设定时间段后，将永磁同步电机的转矩由启动转矩跌落至运行转矩，其中，运行转矩对应于所述运行频率；令永磁同步电机处于线性调制模式。

优选地，启动电压中的零矢量仅包含u0或者仅包含u7。

优选地，在永磁同步电机的启动过程中，永磁同步电机的接法保持不变。

优选地，在通过启动电压驱动电机的过程中，根据设定的第一纬速度，动态调整启动电压，使得永磁同步电机在设定的时间内从零速达到设定的全速。

优选地，永磁同步电机的转矩由启动转矩跌落至运行转矩的过程中，永磁同步电机达到设定的第二纬速度。

优选地，永磁同步电机的转矩跌落至运行转矩后，永磁同步电机达到设定的第n纬速度，其中，n为大于等于3的正整数。

优选地，在通过启动电压驱动永磁同步电机的过程中，根据永磁同步电机停车时间对启动转矩进行补偿。

本发明还提供了一种织机，包含：

-存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的织机超启动控制方法；或者，

-上述的织机超启动控制系统。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用两相过调制技术，将调制比增大，并对基波电压的幅值进行补偿，降低igbt的开关次数，减少了开关损耗，可将超启模块短时间内输出电压提高到110％以上，以提供更高的输出电压来获得更大的启动力矩。

2、通过调整启动电压，可使喷水织机启动运行时更快的达到额定转速，更加有效的消除开车痕；永磁同步电机在设计时，使转子绕组完全满足高起动转矩的要求，起动转矩达到2.5倍以上。

3、永磁同步电机的励磁磁场由永磁体提供，转子不需要励磁电流，电机效率提高，与异步电机相比，任意转速点均节约电能，尤其在转速较低的时候这种优势尤其明显。

4、在永磁同步电机转子中无感应电流，电机的功率因数高，提高了电网的品质因数，使电网中不再需要安装补偿器；同时，因永磁同步电机的高效率，也节约了电能。

5、本发明中的系统结构简单，通过更换原有系统中的电机驱动器(替换为简易伺服驱动)，即可避免原星形-三角形切换过程中交流接触器通断产生的电弧现象，提高了系统的安全性。

6、通过本发明的应用，可取消电子送经和电子卷取对应的装置，节约了成本，降低了调机难度。

7、本发明响应速度快，稳速精度佳。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为织机超启动控制系统构造示意图；

图2为织机超启动控制方法步骤图；

图3为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，本发明提供的织机超启动控制方法，包含以下步骤：过调制运行步骤：通过启动电压驱动永磁同步电机，获得启动转矩，其中，所述启动电压高于永磁同步电机的运行频率对应的驱动电压；所述过调制运行步骤包含以下任一个或全部步骤：第一模式运行步骤：令永磁同步电机处于过调制模式ⅰ；第二模式运行步骤：令永磁同步电机处于过调制模式ⅱ；线性调制运行步骤：通过控制驱动永磁同步电机的电压，在设定时间段后，将永磁同步电机的转矩由启动转矩跌落至运行转矩，其中，运行转矩对应于所述运行频率；令永磁同步电机处于线性调制模式。

用于空间电压矢量控制的pwm逆变器有8中开关状态，一个开关状态对应一个电压开关矢量，因此形成了u0～u7共八个电压开关矢量，其中，u0与u7为零矢量，通过上述电压开关矢量的线性组合可以获得更多的空间电压矢量，构成一组等幅不同相的空间电压矢量，形成尽可能逼近圆形的旋转磁场。用u1～u6六个电压开关矢量画成6个扇区域，每个扇区对应角度均为π/3。上述六个电压开关矢量的末端连线构成一个六边形。通过改变幅值得到修正参考电压矢量，使其轨迹处于六边形的内接圆与外接圆之间，此时调制指数大于0.907并小于0.952，对应过调制模式ⅰ。当修正参考电压矢量的轨迹处于六边形的外接圆之外时，调制指数大于0.952，此时便对应了过调制模式ⅱ。

相应地，如图1所示，本发明还提供了一种织机超启动控制系统，包含以下模块：过调制运行模块：通过启动电压驱动永磁同步电机，获得启动转矩，其中，所述启动电压高于永磁同步电机的运行频率对应的驱动电压；所述过调制运行模块包含以下任一个或全部模块：第一模式运行模块：令永磁同步电机处于过调制模式ⅰ；第二模式运行模块：令永磁同步电机处于过调制模式ⅱ；线性调制运行模块：通过控制驱动永磁同步电机的电压，在设定时间段后，将永磁同步电机的转矩由启动转矩跌落至运行转矩，其中，运行转矩对应于所述运行频率；令永磁同步电机处于线性调制模式。

下面对本发明提供的所述控制方法和控制系统的优选例进行更为具体的说明。

织机超启动控制系统采用永磁同步电机闭环矢量控制，响应速度更快，启动力矩更高，稳速精度更佳。软件采用两相过调制技术，也就是说，启动电压中的零矢量仅包含u0或者仅包含u7，将调制比增大，并对基波电压的幅值进行补偿，降低igbt的开关次数，减少了开关损耗，可将超启模块短时间内输出电压提高到110％以上，以提供更高的输出电压来获得更大的启动力矩。通过调整启动电压，可使喷水织机启动运行时更快的达到额定转速，更加有效的消除开车痕。优选地，在永磁同步电机的启动过程中，永磁同步电机的接法保持不变。本发明的使用，可取消电子送经和电子卷取。节约了成本，降低了调机难度。

如图3所示，在通过启动电压驱动电机的过程中，根据设定的第一纬速度，动态调整启动电压，使得永磁同步电机在设定的时间内从零速达到设定的全速。永磁同步电机的转矩由启动转矩跌落至运行转矩的过程中，永磁同步电机达到设定的第二纬速度。永磁同步电机的转矩跌落至运行转矩后，永磁同步电机达到设定的第n纬速度，其中，n为大于等于3的正整数。在电机运行在运行频率时，认为电机已启动完成，并进入了运行阶段。通过上述设置能够获得对织机启动时的前几纬与之前布面完美对接。进一步地，通过闭环回路的反馈，可以设置因永磁同步电机停车时间过长经纱蠕变导致的启动转矩需变化的补偿值，对启动转矩进行补偿。第一纬速度、第二纬速度、第n纬速度，分别是指织机打第一纬、打第二纬、打第n纬时电机的转速。

相比于传统的电机，传统电机的超启动是由三角形接法与星形接法之间的切换得到的，在启动过程中电机仅有两种固定的转矩；而本发明的启动转矩是动态变化的，通过驱动电压的调整能够实现无级调整，从而适用于不同种类的织物需要，从而同一台织机面对不同品种的织物时，不会出现稀档或密档的现象，不需要通过调整机械即可解决开车痕问题。

本发明还提供一种织机，包含：存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的织机超启动控制方法；或者所述的织机超启动控制系统。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。