變頻收卷的控制原理

3.1卷徑的計(jì)算原理

根據(jù)V1=V2來(lái)計(jì)算收卷的卷徑。因?yàn)閂1=ω1×R1,V2=ω2×Rx。因?yàn)樵谙嗤臅r(shí)間內(nèi)由測(cè)長(zhǎng)輥?zhàn)哌^(guò)的紗的長(zhǎng)度與收卷收到的紗的長(zhǎng)度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt，Δn1×C1=Δn2×C2/i(Δn1---單位時(shí)間內(nèi)牽引電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、Δn2---單位時(shí)間內(nèi)收卷電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、C1---測(cè)長(zhǎng)輥的周長(zhǎng)、C2---收卷盤頭的周長(zhǎng)、i---減速比)Δn1×π×D1=Δn2×π×D2/iD2=Δn1×D1×i/Δn2，因?yàn)棣2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2---收卷編碼器的圈數(shù))。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即測(cè)長(zhǎng)輥轉(zhuǎn)一圈，由霍爾開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)接到PLC。那么D2=D1×i×P2/ΔP2，這樣收卷盤頭的卷徑就得到了。

3.2收卷的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析

要能保證收卷過(guò)程的平穩(wěn)性，不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定。需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償。整個(gè)系統(tǒng)要激活起來(lái)，首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，簡(jiǎn)稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩，靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間起作用;正常運(yùn)行時(shí)要克服滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生地滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩，滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行當(dāng)中一直都存在，并且在低速、高速時(shí)的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償，系統(tǒng)在加速、減速、停車時(shí)為克服系統(tǒng)的慣量，也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)牧颗c運(yùn)行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系。在不同車速的時(shí)候，補(bǔ)償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、激活轉(zhuǎn)矩;克服了這些因素，還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，通過(guò)計(jì)算出的實(shí)時(shí)卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小，經(jīng)過(guò)減速比折算到電機(jī)軸。這樣就分析出了收卷整個(gè)過(guò)程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。

總結(jié):電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩(激活瞬間)+滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

（1）在加速時(shí)還要加上加速轉(zhuǎn)矩;

（2）在減速時(shí)要減去減速轉(zhuǎn)矩;

（3）停車時(shí)，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)程控減速至設(shè)定的最低速，所以停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理。

3.3轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

（1）靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償

因?yàn)殪o摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間存在，在系統(tǒng)激活后就消失了。因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償是以計(jì)算后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補(bǔ)償。

（2）滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償

滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中都是起作用的。補(bǔ)償?shù)拇笮∫允站黼姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)償量的大小與運(yùn)行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時(shí)，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償

補(bǔ)償硬一收卷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。

3.4計(jì)算公式

（1）已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm;線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設(shè)定最大值

Fmax=50kg(約等于500牛頓);減速比i=9;速度的限制如下:因?yàn)?V=π×D×n/i(對(duì)于收卷電機(jī))=>收卷電機(jī)在空芯卷徑時(shí)的轉(zhuǎn)速是最快的。所以:90=3.14×0.2×n/9=>n=1290r/min;

（2）因?yàn)橹雷冾l器工作在低頻時(shí),交流異步電機(jī)的特性不好,激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性。因此在收卷的整個(gè)過(guò)程中要盡量避免收卷電機(jī)工作在2Hz以下。因此:收卷電機(jī)有個(gè)最低速度的限制。計(jì)算如下:對(duì)于四極電機(jī)而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min。=>2Hz/5Hz=N/1500=>n=60r/min。當(dāng)達(dá)到最大卷徑時(shí),可以求出收卷整個(gè)過(guò)程中運(yùn)行的最低速。V=π×D×n/i=>Vmin=3.14×1.2×60/9=25.12m/min。張力控制時(shí),要對(duì)速度進(jìn)行限制,否則會(huì)出現(xiàn)飛車。因此要限速。

（3）張力及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:如果F×D/2=T/I=>F=2×T×i/D對(duì)于22kW的交流電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下:T=9550P/n=>T=140N.m。所以Fmax=2×140×9/0.6=4200N.m。(其中P為額定功率,n為額定轉(zhuǎn)速)。

4調(diào)試過(guò)程

（1）先對(duì)電機(jī)進(jìn)行自整定，將電機(jī)的定子電感、定子電阻等參數(shù)讀入變頻器。

（2）將編碼器的信號(hào)接至變頻器，并在變頻器上設(shè)定編碼器的圈數(shù)。然后用面板給定頻率和啟停控制，觀察顯示的運(yùn)行頻率是否在設(shè)定頻率的左右波動(dòng)。因?yàn)檫\(yùn)用閉環(huán)矢量控制時(shí)，運(yùn)行頻率總是接近設(shè)定頻率，所以運(yùn)行頻率是在設(shè)定頻率的附近波動(dòng)的。

（3）在程序中設(shè)定空芯卷徑和最大卷徑的數(shù)值。通過(guò)前面卷徑計(jì)算的公式算出電機(jī)尾部所加編碼器產(chǎn)生的最大脈沖量(P2)和最低脈沖量(P2)。通過(guò)算出的最大脈沖量對(duì)收卷電機(jī)的速度進(jìn)行限定，因?yàn)樽冾l器用作張

力控制時(shí)，如果不對(duì)最高速進(jìn)行限定，一旦出現(xiàn)斷紗等情況，收卷電機(jī)會(huì)飛車的。最低脈沖量是為了避免收卷變頻器運(yùn)行在2Hz以下，因?yàn)樽冾l器在2Hz以下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性很差，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。（4）通過(guò)前面分析的整個(gè)收卷的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在不同卷徑和不同運(yùn)行速度的各個(gè)階段，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)拇笮。噪姍C(jī)額定轉(zhuǎn)距的百分比來(lái)設(shè)定。