CN103835039A

CN103835039A - 一种变形机

Info

Publication number: CN103835039A
Application number: CN201410094189.5A
Authority: CN
Inventors: 缪小方; 孙斌; 张始荣; 付光怀; 孙明珠
Original assignee: WUXI HONGYUAN ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI HONGYUAN ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明公开了一种变形机，包括多个对合成长丝进行拉伸变形的加工点，每个加工点内设有牵伸、变形和卷绕作业机组，每个加工点内至少一个作业机组配置电动的单独传动，每个单独传动配置一个驱动器，单独传动是由转子是无励磁电流的永磁体，定子是多项绕组的电机构成，驱动器检测电机相绕组的电流并计算出反电动势的电压得到转子位置信息，与之通信的主控制器通过转子的位置信息得出电机的实时速度；驱动器利用无传感器控制方式在保持电机高速平稳运转的同时可获得转子位置的详细信息，不需要额外添加转子位置传感器或者测速传感器，减少因为传感器的安装角度或环境温度变化引起的反馈偏差，实现了对单独传动转速的实时监控，可根据速度反馈实现闭环控制。

Description

一种变形机

技术领域

本发明涉及纺织机械领域，具体涉及一种变形机。

背景技术

为了牵伸变形多根长丝，变形机具有相应的多个加工点。每一加工点包括多个作业机组，例如牵伸装置、输送装置、假捻变形机组和卷绕装置，依据这些装置，合成长丝在加工点内牵伸、变形并卷绕成一个纱筒。为了驱动作业机组已知有两种不同的方案：

第一种方案为一个驱动装置通过传动轴驱动多个作业点同步转动，从而实现对每个加工点的牵伸、输送、变形和卷绕，此方案的缺点是不能分别控制各个加工点，由于是整体传动，无法实现对单个作业点的起停；

第二种方案为通过单独传动在加工点内驱动各个作业机组，相邻加工点的单独传动由一个成组变频器驱动，通过开关通断单独传动与变频器之间电源的方式，实现单独传动的起停；此方案解决了第一种方案中单个作业点不能单独起停的缺点，但是，由于是成组变频器驱动多个单独传动，无法实现单个传动速度的闭环控制，单个传动的速度只能依据成组变频器的频率实现开环控制，主控***若要监视每个传动的实时速度，需要额外为每个单独传动添加速度传感器，在多个加工位的情况下，费用较高。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可实现传动速度闭环控制的变形机，同时实现了对单个传动的无传感器式速度监控。

技术方案：一种变形机，包括多个对合成长丝进行拉伸变形的加工点，每个加工点内设有牵伸、变形和卷绕作业机组，长丝在各个加工点内同时通过多个作业机组，每个加工点内至少一个作业机组配置电动的单独传动，每个单独传动配置一个驱动器，所述单独传动是由转子是无励磁电流的永磁体，定子是多项绕组的电机构成，驱动器通过检测电机相绕组的电流并计算出反电动势的电压得到转子的位置信息，从而控制电机的平稳高速运转，与之通信的主控制器通过转子的位置信息得出电机的实时速度，实现无传感器式的速度监控。

进一步，所述单独传动每相绕组的反电动势波形为正弦波，所述驱动器检测电机相绕组的电流并计算出反电动势的电压得到转子的转角位置，并利用转子转角位置信息产生正弦波电流，使绕组相电流与转子转角有确定的正弦函数关系，从而控制电机平稳高速的运转。

进一步，所述单独传动产生的转矩为恒定的常数，与转子位置角度无关。电机在低速正弦波驱动下，也会有恒定的转矩产生，当电机中的相电流强制为正弦波曲线时，转子在任何位置下，由定子建立的磁场矢量与转子磁场矢量之间夹角总是维持在90°，该角度正是在给定电流下，能产生最大转矩、并且损耗最小的角度，电动的单独传动因此能够得到低转矩纹波，平滑的运动，噪声小，并且有较高的效率和较宽的调速范围。

进一步，所述驱动器通过所述主控制器预设的速度值通信指令和输入输出点的控制启停开关量信号控制所述单独传动。驱动器采用通信控制和输入输出点相结合的方式，在给驱动器通信指令预设速度之后，输入输出点的开关量信号不改变预设速度值，只控制启动和停止；驱动器的启动可以通过通信指令单个启动，也可以整机联动；对于单个驱动器的故障可以通过输入输出点进行复位，也可以通过通信指令进行复位。驱动器的状态和单独传动的实时速度通过通信的方式上传到主控制器并显示给终端。

由于存在多个加工点，因此需要多个电动的单独传动及其对应的驱动器，为了减轻主控制器对于每个加工位的单独传动的驱动器的通信压力，所述主控制器通过中继转接方式与所述驱动器通信，主控制器下发指令到中继器，由中继器将指令转发到各个驱动器。更进一步，每个加工点分成一段或多段，每段包括一组加工点，每段所有的所述驱动器连接于为该段配置的通信中继器；因此加工点一分段的作业机组可独立于邻近分段的工作机组进行速度预设或控制启停，个别单独传动的停止不影响相邻加工位的速度，同时能对单个或特定的多个加工位的启停和速度进行控制。

进一步，所述驱动器通过单电阻电流采样重构得到电机相绕组的电流；利用当前PWM对应的电流状态，采用合适的延迟时间采到真实的母线电流，将采到的各个时刻的电流按SVPWM的时序进行重组得到电机三相电流。

进一步，所述驱动器通过磁链位置估计法得到转子位置及速度。用单电阻测量母线电流，利用重构策略得出相电流，依据Clarke变换，由相电流算出两相静止坐标下电流，根据单独传动的各项绕组的电压方程，经过坐标变换得出电压和电流值，从而计算出反电动势，对转子的反电动势进行积分，得到转子磁链。

为了实现从启动、低速运行到无传感器闭环控制运行状态的切换，所述驱动器采用转子通电定位、开环加速运行和闭环控制三段启动策略启动所述单独传动。

有益效果：驱动器利用无传感器控制方式在保持电机高速平稳运转的同时可获得转子位置的详细信息，不需要额外添加转子位置传感器或者测速传感器，减少因为传感器的安装角度或环境温度变化引起的反馈偏差，进而影响控制精度，实现了对单独传动转速的实时监控，可根据速度反馈实现闭环控制，同时，大大降低了速度监控成本；变形机由于需要对长丝进行高温加热，环境温度普遍较高，此控制方式能较好的适应变形机工作环境。

附图说明

图1为本发明变形机的结构示意图；

图2为本发明控制结构示意图；

图3为驱动器结构示意图；

图4为驱动器原理示意图；

图5为单独传动三段式启动过程示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：如图1所示，变形机包括原丝架20、第一牵伸装置35、加热装置3、冷却装置4、假捻装置36、第二牵伸装置37、第一输送装置38、第二加热装置19、第二输送装置39以及卷绕装置24。第一牵伸装置35、加热装置3、冷却装置4、假捻装置36、第二牵伸装置37、第一输送装置38、第二加热装置19、第二输送装置39依次由机器支架16和主机架40支撑。长丝从安装在原丝架20上的原丝筒管21引出，经由第一牵伸装置35，进入第一加热装置3加热，冷却装置4冷却，然后由假捻装置36假捻变形，进入第二牵伸装置37、第一输送装置38和第二输送装置39将牵伸变形之后的长丝经由第二加热装置19，最终输送到卷绕装置24，由传动辊17卷绕成卷绕纱筒18。

在第一牵伸装置35、假捻装置36、第二牵伸装置37、第一输送装置38、第二输送装置39中至少一个配置电动单独传动，图1中上述工作机组分别对应配置了电动单独传动1；5；7；9；11，每个电动单独传动1；5；7；9；11又对应由驱动器2；6；8；10；12驱动，每个驱动器2；6；8；10；12分别连接有开关34，开关34用于给驱动器2；6；8；10；12输入信号，从而控制单个电机29的启动和停止，驱动器2；6；8；10；12经由通信线41通过通信中继器13连接至主控制器14，与主控制器14相连的人机界面15用于设定电动单独传动1；5；7；9；11的速度和启动停止指令，并显示出实时速度和状态。

图2是以本实施例一个拥有240个纺丝加工位的假捻变形机的控制结构图，此假捻变形机可以分为20个加工区，每个加工区包括第一牵伸装置35、假捻装置36、第二牵伸装置37、第一输送装置38和第二输送装置39五个作业机组，每个作业机组有12个纺丝加工位（如图2中2-1、2-2…2-12，以此类推），对应的控制器14和驱动器2；6；8；10；12的控制结构如图2所示。其中一个主控制器14连接20块通信中继器13，每个通信中继器13有六个子通信口，一路通信口用于收发主控制器14的通信指令，另外五路通信口分别连接相应加工区的驱动器2；6；8；10；12对应控制电动单独传动1；5；7；9；11，对应驱动第一牵伸装置35、假捻装置36、第二牵伸装置37、第一输送装置38和第二输送装置39。根据变形机工作机组的配置不同，五路通信口可以只使用其中一路或者多路；相应的，第一牵伸装置35、假捻装置36、第二牵伸装置37、第一输送装置38和第二输送装置39也可以单个对应使用电动单独传动1；5；7；9；11或多个同时使用电动单独传动1；5；7；9；11。

当用户由人机界面15设置好工艺参数后，主控制器14根据工艺参数将相应的速度指令由中继器13下发到相应加工区的驱动器2；6；8；10；12，驱动器2；6；8；10；12根据速度指令分别驱动电动单独传动1；5；7；9；11按照设定的速度运行。当单个纺丝工位需要临时停止时，旋转相应作业机组的开关34，对应的驱动器2；6；8；10；12会控制相应作业机组的电动单独传动1；5；7；9；11的起停。旋转相应作业机组的开关34进行单个电动单独传动1；5；7；9；11的起停，其不影响驱动器2；6；8；10；12预设的速度指令值，通信线41用于主控制器14通过通信中继器13下发整体启动停止指令和速度指令给驱动器2；6；8；10；12驱动电动单独传动1；5；7；9；11，并实时读取电动单独传动1；5；7；9；11的实际速度和驱动器2；6；8；10；12状态。

电动单独传动1；5；7；9；11的无传感器式电子驱动器原理如图3所示，驱动器包括采样电阻27、逆变器28、控制单元30、电容31、测量线32和控制线33，电机29由三相电流绕组定子和永磁励磁转子构成，三相绕组A、B和C的接头连接到逆变器28，逆变器28分别连接至直流电源的端头25和采样电阻27一端，采样电阻27另一端连接至直流电源的另一端头26，直流电源在图3中由电容31表示，逆变器28由控制单元30控制，逆变器28和控制单元30通过控制线33相互连接，测量线32连接控制单元30至采样电阻27，以检测母线电流，控制单元30同时与开关34相连。

具体的，如图4所示，逆变器28是具有开关T1至T6的三相桥电路，为具有反并联二极管的半导体开关。图4显示了单电阻电流采样及电流重构策略方法，即利用母线电流和PWM信息对电机29相电流进行重构，电机29相电流重构策略为控制单元30的一部分。A/D转换器在每个PWM周期采集采样电阻27两端的电压值，再结合当前PWM开关向量得出相电流值。本实施例中开关向量顺序为a、b、c，开关状态为0表示下管T4，T5，T6导通，1表示上管导通T1，T2，T3，任何时候都有3只管子导通。逆变器28不同状态下测得的母线电流与相电流关系见表1：当开关向量V0（000）作用时，逆变器28所有下桥臂开关管T4，T5，T6导通，电机29的三相绕组组成的回路中不包含采样电阻即没有电流流过采样电阻i_dc=0；同样在开关向量V7（111）作用时逆变器28所有上桥臂开关管T1，T2，T3导通，没有电流流过采样电阻i_dc=0；在开关向量V1（100）的作用下，逆变器28的开关管T1，T5，T6导通，a相绕组与直流母线的正端连接，b相、c相与直流母线负端连接；a相绕组的相电流i_a由直流母线正端流出，则必然要通过电机29的绕组后流回直流母线负端，所以i_dc=i_a；其余状态如表1所示：

表1电压矢量与母线电流的关系

电压矢量	逆变器开关状态	母线电流对应相电流
			V₀	000	0
V₁	100	i_a
			V₂	110	-i_c
V₃	010	i_b
			V₄	011	-i_a
V₅	001	i_c
			V₆	101	-i_b
V₇	111	0

一般情况下，转子是无励磁电流的永磁体，定子是多项绕组的电机29构成的电动单独传动1；5；7；9；11的驱动需要传感器来检测电机转速和转子磁极位置，在了解电机29转子确定位置信息条件下给出其所在位置信号以控制逆变器28的正确换向，从而保证电动单独传动1；5；7；9；11的正常运行和控制精度。为了符合变形机现场应用的要求，解决编码器给***带来的缺陷，本实施例中采用了以转子磁链估计为基础的无位置传感器控制策略，即驱动器2；6；8；10；12对于转子位置和速度估计采用磁链位置估计法。用单电阻测量母线电流，利用重构策略得出相电流i_a、i_b、i_c，依据Clarke变换将原来的三相绕组上的电压回路方程式简化成两相绕组上的电压回路方程式，从三相定子a，b，c坐标系变换到两相定子α-β坐标系；由相电流算出两相静止坐标下电流i_α＝i_a；

根据电机29各相绕组电压方程式，经过坐标变换得到α-β坐标下的电压和电流值，计算出反电动势，对反电动势积分得到转子磁链，对磁链隔直滤波、相位补偿，得到磁链瞬时值，即实测转子相位角，利用锁相环原理将给定相位角与实测转子相位角误差用来减小或消除相位差，得到准确位置角度和转子速度，实现电机29的无传感器矢量控制调速运行。

本实施例电动单独传动1；5；7；9；11的无传感器式控制方式需要采用三段式启动策略，以实现从启动、低速运行到无传感器闭环控制运行状态的切换。如图5所示，电动单独传动1；5；7；9；11的启动过程有转子通电定位、开环加速运行和闭环控制三个阶段。定位方法是：先让电机29某两相通电，控制绕组电流，使定子产生特定方向磁场，并保持一段通电时间，转子停在某一特定位置。已知初始位置后，控制单元30发出外同步信号，在定子绕组中产生某一个加速运行的旋转磁场，带动电机29转子加速运行，当电机29转速约为额定转速13%时，磁链位置、转速估计信号已能准确估计出转子位置和速度，切入闭环运行，至此启动完毕。

Claims

1.一种变形机，包括多个对合成长丝进行拉伸变形的加工点，每个加工点内设有牵伸、变形和卷绕作业机组，每个加工点内至少一个作业机组配置电动的单独传动，每个单独传动配置一个驱动器，其特征在于：所述单独传动是由转子是无励磁电流的永磁体，定子是多项绕组的电机构成，驱动器检测电机相绕组的电流并计算出反电动势的电压得到转子位置信息，与之通信的主控制器通过转子的位置信息得出电机的实时速度。

2.根据权利要求1所述的变形机，其特征在于：所述单独传动每相绕组的反电动势波形为正弦波，所述驱动器检测电机相绕组的电流并计算出反电动势的电压得到转子的转角位置，并利用转子转角位置信息产生正弦波电流，使绕组相电流与转子转角成正弦函数关系。

3.根据权利要求2所述的变形机，其特征在于：所述单独传动产生的转矩为恒定的常数。

4.根据权利要求1所述的变形机，其特征在于：所述驱动器通过所述主控制器预设的速度值通信指令和输入输出点的控制启停开关量信号控制所述单独传动。

5.根据权利要求1所述的变形机，其特征在于：所述主控制器通过中继转接方式与所述驱动器通信。

6.根据权利要求5所述的变形机，其特征在于：每个加工点分成一段或多段，每段包括一组加工点，每段所有的所述驱动器连接于为该段配置的通信中继器。

7.根据权利要求1或2所述的变形机，其特征在于：所述驱动器通过单电阻电流采样重构得到电机相绕组的电流。

8.根据权利要求7所述的变形机，其特征在于：所述驱动器通过磁链位置估计法得到转子位置及速度。

9.根据权利要求8所述的变形机，其特征在于：所述驱动器采用转子通电定位、开环加速运行和闭环控制三段启动策略启动所述单独传动。