[发明专利]一种基于滑模自抗扰控制的络筒机纱线张力控制方法

说明书

本发明提供了一种基于滑模自抗扰控制的络筒机纱线张力控制方法，属于纺织控制技术领域。解决了现有的非线性纱线张力的易受干扰、鲁棒性以及稳定性的技术问题。其技术方案为：S1、建立纱线张力控制系统的被控对象模型；S2、设计三阶扩张状态观测器来观测系统的扰动；S3、基于滑模控制的控制律实现张力控制；S4、将三阶扩张状态观测器的扰动观测值与滑模控制律结合，来实时调节纱线张力。本发明的有益效果为：本发明的控制策略能有效估计纱线张力控制系统中的不确定性和外部扰动，具有较好的动态跟踪性能及抗干能力。

技术领域

本发明涉及纺织控制技术领域，尤其涉及一种基于滑模自抗扰控制的络筒机纱线张力控制方法。

背景技术

在纺织工艺中，对纱线张力大小的控制是产品质量高低的重要指标参数，该参数的稳定对产品的质量和工艺都会起到积极的作用。在卷绕系统中，纱线的张力波动对卷绕过程影响较大。卷对卷张力控制系统具有较强的时变性，同时外部干扰具有较强的鲁棒性，张力控制的核心问题是在卷绕的过程中使卷材中的张力保持恒定，是一个复杂的非线性系统。为了提高纱线质量，纱线张力控制系统要具有稳定性、快速性以及抗干扰能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于滑模自抗扰控制的络筒机纱线张力控制方法，解决现有技术中非线性纱线张力的易受干扰、鲁棒性以及稳定性的问题，相比于传统的滑模控制，本发明的控制策略具有更好的速度跟踪性能及抗干扰能力。

本发明的发明思想为：在纱线卷绕成形过程中，为避免纱线发生断裂、胀边、起毛等现象，需要保持纱线张力稳定，为了解决现有技术中纱线受力不均而带来的生产工艺复杂的问题，本发明提供了一种基于滑模自抗扰控制的络筒机纱线张力控制方法，首先，通过对纱线张力控制系统特征的分析以及对纱线张力控制系统的数学模型的一系列推导，建立纱线张力控制系统的被控对象模型；其次，为了提高系统的抗干扰能力，将纱线张力控制系统的被控对象模型整理成二阶微分方程，设计三阶扩张状态观测器(Extended StateObserver,ESO)来观测系统的扰动；然后，针对扰动补偿后的系统设计基于滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)的控制律实现张力控制；最后，将三阶扩张状态观测器的扰动观测值与滑模控制律结合，在滑模控制器中通过控制率将被控对象的扰动补偿掉，得到最终的滑模自抗扰控制律，组合后的控制律通过离散化应用到工控机中，来实时调节纱线张力。相比于传统的滑模控制，所提控制策略具有更好的速度跟踪性能及抗干扰能力。

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种基于滑模自抗扰控制的络筒机纱线张力控制方法，包括以下步骤：

S1、建立纱线张力控制系统的被控对象模型；

S2、将纱线张力控制系统的被控对象模型整理成二阶微分方程形式，设计三阶扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)来观测系统的扰动；

S3、针对扰动补偿后的系统设计基于滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)的控制律实现张力控制；

S4、将三阶扩张状态观测器的扰动观测值与滑模控制律结合，在滑模控制器中通过控制率将被控对象的扰动补偿掉，得到最终的滑模自抗扰控制律，组合后的控制律通过离散化应用到工控机中，来实时调节纱线张力。

进一步地，所述步骤S1中，设纱线的弹性模量为E，纱线的横截面积为A，放卷滚轴和收卷滚轴之间的距离为L，V₂收卷辊线速度，V₁为放卷辊线速度，根据胡克定律，可得张力的表达式为:

放卷辊、收卷辊的动力学方程为：