小型紡織繞線(xiàn)恒張力控制系統的研究和設計

摘要：針對非恒張力繞線(xiàn)將導致紗錠后續染色不均的問(wèn)題，設計了一種小型簡(jiǎn)便的紗線(xiàn)傳送和控制機構，利用霍爾效應制作的非接觸式張力傳感器獲取紗線(xiàn)張力信息，經(jīng)控制器采用模糊PID算法對張力輪電機進(jìn)行轉速控制來(lái)完成閉環(huán)的恒張力控制，并用Matlab仿真比較模糊PID算法和常規PID算法的優(yōu)劣，為PID算法評估提供了很好的思路。
關(guān)鍵詞：恒張力；霍爾元件；模糊PID；Mattab仿真

0 引言
目前紗錠二次繞線(xiàn)普遍在織布廠(chǎng)小批量染線(xiàn)過(guò)程中使用。二次繞線(xiàn)使用的恒轉速傳動(dòng)是非常經(jīng)典的控制環(huán)節。使用這種簡(jiǎn)單的控制方法，隨著(zhù)繞線(xiàn)圈數的增加，被紗線(xiàn)纏繞的塑料套筒張力發(fā)生變化，導致纏繞后的紗錠內緊外松，不利于后續浸染工序中染料均勻滲透塑料套筒外纏繞的紗線(xiàn)，降低了紗線(xiàn)染色的質(zhì)量。此外，在染色后的紡織過(guò)程中，用松緊程度不一致的紗錠紡出來(lái)的布將出現表面凹凸不平整的現象，降低了布匹的質(zhì)量。
因此，解決紗錠二次繞線(xiàn)恒張力問(wèn)題是提高紗線(xiàn)染色均勻一致性和布匹平整度的關(guān)鍵。一般的恒張力控制機構比較笨重、復雜，考慮到工廠(chǎng)小批量染線(xiàn)的需求，機構設計應盡可能小巧、簡(jiǎn)便。張力傳感器還要適用工業(yè)電磁干擾、油劑污染等惡劣環(huán)境。

1 恒張力繞線(xiàn)機機械結構
張力控制系統采用張力傳感器測出紗線(xiàn)張力，并作為張力反饋元件，構成閉環(huán)控制系統。一次繞線(xiàn)機繞成的放紗筒豎立放在二次繞線(xiàn)機底部平臺上。紗線(xiàn)通過(guò)彈簧夾持的摩擦片在電機M2控制的張力輪繞2圈，向上通過(guò)張力傳感器檢測紗線(xiàn)二次繞線(xiàn)的張力值，這個(gè)張力值作為反饋信號對張力輪進(jìn)行速度控制。如果張力值有變化，將被傳感器檢測到，并將變化值送給單片機數據處理，單片機對采集的反饋信號進(jìn)行A／D轉換和PID處理，對執行部件M2電機控制輸出的轉速從而改變張力。
如M2M1，二次繞線(xiàn)卷筒和M2電機之間的紗線(xiàn)就會(huì )繃緊，纏繞二次繞線(xiàn)卷紗筒的紗線(xiàn)張力增大；如M2>M1，二次繞線(xiàn)卷筒和M2電機之間的紗線(xiàn)就會(huì )松弛，纏繞二次繞線(xiàn)卷紗筒的紗線(xiàn)張力減小。根據預先設定的張力值，進(jìn)行PID控制，使恒張力傳感器測得張力值在一定誤差內保持和預設值盡可能接近。

2 張力傳感器原理
為了繞線(xiàn)器達到恒張力控制的目的，首先張力傳感器要能敏銳感知張力變化，為PID控制采集足夠精確的張力變化數據。張力傳感器的設計是實(shí)現精確控制的第一步，利用了霍爾效應，與一般張力傳感器不同的是，霍爾元件與紗線(xiàn)無(wú)直接接觸，可實(shí)現長(cháng)期可靠工作。傳感器用鋼外殼封裝，可防紡絲油劑污染。

圖1所示為張力傳感器結構示意圖。紗線(xiàn)壓在彈片傾斜向上被拉向卷紗筒，受到沿紗線(xiàn)方向的張力，將張力沿垂直方向分解，紗線(xiàn)對彈片有向右的壓力，彈片末端裝有磁鐵，右側裝有霍爾元件，當磁鐵在壓力下發(fā)生形變彎曲，向右靠近霍爾元件，霍爾元件感應到的磁場(chǎng)強度將發(fā)生變化，即張力的變化值等效為磁場(chǎng)強度變化量，從霍爾元件輸出的磁場(chǎng)強度變化量為模擬量，傳給單片機進(jìn)行數據處理。
由于紡紗環(huán)境屬強磁工作環(huán)境，霍爾元件采集數據也和磁場(chǎng)特性直接相關(guān)，因此要盡量避免電機磁場(chǎng)對傳感器的干擾，因此將電機封裝在閉合金屬空間內，防止電磁場(chǎng)泄露對傳感器的影響。