[发明专利]带死区的PID控制器的控制方法及纱线恒张力控制系统

说明书

技术领域

本发明属于纺织电子领域，具体涉及的带死区的PID控制器的控制方法及纱线恒张力控制系统。

背景技术

纱线张力的平衡与稳定直接关系到产品的质量、生产效率以及后续加工的顺利进行，因此必须在整个生产过程中控制纱线张力，使张力适度和均匀。张力过大则纱线将被拉伸变长，纱线的弹性受损，反之，则成型不良，接头不易寻，降低工作效率。因此对纱线进行恒张力控制有着十分重要的意义。现代化生产中为了提高生产效率，纱线在络筒及织造退绕等各个生产过程中的运行速度都大幅度提高。随着纱线的运行速度的提高，纱线上的张力和振动幅度也增加，同时纱线张力会长时间在小范围内的波动。现有的控制技术会对这个长时间小范围的波动进行不停的调整，降低了系统的稳定性，对系统执行部件的损耗很大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种带死区的PID控制器的控制方法及纱线恒张力控制系统。

本发明一种带死区的PID控制器的纱线恒张力控制系统包括MCU、电机驱动模块、无刷电机、导纱轮和纱线张力传感器，所述的MCU中包括带死区的PID控制器、无刷电机控制器、定时器霍尔接口和A/D转换模块；

MCU的电机控制输出端与电机驱动模块的开关管输入端连接，电机驱动模块的驱动端与无刷电机的绕组输入端连接，无刷电机的位置信号输出端与MCU的定时器霍尔接口模块输入端连接，无刷电机驱使导纱轮转动，导纱轮带动纱线，纱线张力传感器测量纱线张力，纱线张力传感器电压信号输出端与MCU的A/D转换模块的信号输入端连接。

张力设定输入张力大小的期望值与A/D转换模块输入值做减法后送入带死区的PID控制器，带死区的PID控制器输出PWM信号给无刷电机控制器的速度调节输入端，无刷电机控制器的电机控制输出端输送正确的开断时序信号给电机驱动模块的开关管输入端，电机驱动模块的驱动端输出电机驱动信号给无刷电机的绕组输入端，无刷电机的位置信号输出端输出无刷电机内部位置信号给定时器霍尔接口模块输入端，定时器霍尔接口模块的输出端将无刷电机的当前位置信号送到无刷电机控制器的位置检测端口，无刷电机驱使导纱轮转动，导纱轮带动纱线，纱线上的张力作用于纱线张力传感器，纱线张力传感器将纱线张力信号转换成模拟电压信号送入到A/D转换模块。

本发明中带死区的PID的纱线恒张力控制方法针对系统的运行状况设定四个参数，分别为Kp、Ki、Kd、ε，其中Kp、Ki、Kd三个参数分别是提前设定好的固定值，ε为纱线恒张力控制系统能忍受的最大误差。

本发明中带死区的PID控制器的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：采集A/D转换的数值保存为r(t);

步骤2：采集张力设定输入的数值保存为y(t);

步骤3：计算误差e(t)=r(t)-y(t);

步骤4：设定系统能够容忍的最大误差为ε，如果|e(t)|> ε则执行步骤5，否则执行步骤6；

步骤5：e(t)=e(t),执行步骤7；

步骤6：e(t)=0,执行步骤7；

步骤7：根据设定的比例系数Kp，计算并保存u1(t),u1(t)= Kp*(e(t)-e(t-1))，e(t-1)为e(t)的前一次误差测定；

步骤8：根据设定积分系数为Ki，计算并保存u2(t),u2(t)=Ki*e(t)；

步骤9：根据设定微分系数为Kd，计算并保存u3(t), u3(t)=Kd*(e(t)-2e(t-1)+e(t-2))，e(t-2)为e(t-1)的前一次误差测定；

步骤10：将u1(t)、u2(t) 、u3(t)三项相加，得出输出量大小为u(t),u(t)=u1(t)+u2(t)+u3(t)；

步骤11：重复步骤1～10，t为采集的次数。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：在不降低控制精度的情况下同时能减小控制器输出的波动，有效的提高了系统的稳定性，减少了执行部件的损耗。

附图说明

      图1是本发明的硬件框图。

      图2是本发明的方法实现框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种带死区的PID控制器的纱线恒张力控制系统包括MCU、电机驱动模块、无刷电机、导纱轮和纱线张力传感器，所述的MCU中包括带死区的PID控制器、无刷电机控制器、定时器霍尔接口和A/D转换模块；