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纺织导报 China Textile Leader · 2018 No.5
Control Characteristics of Multi-speed Let-off on Warp Knitting Machine
文 | 夏风林 郭正恩 王俊科
摘要：文章针对高速经编机的多段速送经组织，运用SCM01型分析仪捕捉不同机速下闭环控制送经系统编织不同送经量的控制过程，并结合实验得到的多段速送经组织编织时送经电动机的速度切换时间，分析花型组织的送经量对切换时间的影响。研究经编多段速送经组织的控制特性，有助于提高多速送经系统的响应性、控制精度和稳定性，提升产品品质，还为花型设计提供理论参考，提高花型组织的可织性。关键词：经编；多段速送经；高速；切换时间中图分类号：TS184.1 文献标志码：A Abstract: By capturing the control process of different warp run-in of the closed-loop controlled let-off system at different machine speeds with the SCM01 analyzer and based on the speed switching time of the multi-speed let-off motor obtained from the experiment, the paper analyzes the influence of the warp run-in of different patterns on the switching time. The study on the control characteristics of the multi-speed let-off system on warp knitting machine is expected to help improve the responsiveness, control accuracy and stability of multi-speed let-off system and improve the product quality, and provide a theoretical reference for pattern design and improve the weavability of the pattern.
Key words: warp knitting; multi-speed let-off; high-speed; switching time
作者简介：夏风林，男，1966年生，教授，主要研究方向为现代纺织技术及智能控制技术。
作者单位：夏风林、王俊科，江南大学教育部针织技术工程研究中心；郭正恩，郑州商业技师学院。
基金项目：江苏省产学研联合创新资金－前瞻性联合研究项目（BY2016022－18）；中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP51727A ）。
随着经编技术的发展，经编单速送经的局限性日益明显。特别是在经编高速四梳机器生产技术中，伴
随当前花型品种日益变化，以及经编电子贾卡技术的发展和运用，使花型组织结构更富于变化、复杂化，形成大多数面料产品都是经编多段速送经的组织。所以为顺应经编市场的需求，经编多速送经系统已经成为经编机控制系统的基本配置。多速送经系统既能用于单速送经的组织工艺，也能满足多横列、多送经量的变化送经需求。
国内经编多速送经系统虽然已经能够很好地完成多段速送经组织的生产，但随着经编产品市场需求强劲提升及消费者对产品质量要求的日益提高，经编生产迈入高速度、高品质、高效率时代后，国内的送经系统在高
速生产多段速送经组织时，暴露出切换响应不及时，大送经量转换时容易跑纱、漏针等问题，影响产品品质，降低生产效率，尤其在生产一些高端产品时，主要还是靠引进国外先进设备。所以本文从实际出发，通过实验测试闭环控制的经编送经系统在多段速送经编织时的控制特性，研究系统的控制过程，以便提高多段速送经组织编织时的响应性、控制精度和稳定性。发电机测试系统
1 多段速送经的控制原理
在基于闭环控制的多速经编电子送经系统的控制原理、方法和组件构成及其合理性的基础上，本文主要从多段速送经的控制原理的角度进行展开。多段速送经组织的花型组织中有多个不同送经量序列，在花型完成编织时送经电动机会有多个速度的突变。首先，送经系统的控制单元会根据组织序列不同
的送经量计算出送经电动机指令速度，在相应序列编织时主控制器就会通过伺服驱动器调整送经伺服电动机指令速度；其次，闭环控制的送经系统利用测速压辊实时测得经轴盘头的即时外周长和实际送经量，获得下一周期送经电动机的指令转
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速，应用模糊PID 控制算法实时修正经轴电动机速度；最后，完成组织的编织，实现控制的快速、准
确性及送经量的稳定。然而送经电动机的指令速度不能瞬间变化，再加上电子送经系统响应时间和机械传动间歇等造成的滞后，速度的改变需要一定的过渡时间来完成，并且过渡时间内机器还是会正常编织，造成送经经轴送出的纱线量与实际需要的送纱量不等。所以，在多段速送经组织编织时引入过渡横列的概念，即过渡时间内机器编织的横列数。在实际生产过程中，根据组织送经量变化量的大小和单个送经序列的多少决定过渡横列的个数，一般为 1 ～ 2 个横列。
在机器以一定速度运行时，组织序列的送经量F zi 与经轴电动机速度W bi 之间的关系如式（1）所示，其中W zi 为主轴的当前转速，M 为送经电动机的减速比，C i 为经轴盘头的外周长。
（1）
多段速送经组织有多个送经量序列，在一个组织循环编织时送经电动机速度会发生多次切换，根据式（1）可以得到多段速送经组织序列间送经量偏差值ΔF 与对应送经电动机速度偏差量ΔW b 的关系（式（2）
）。 （2）
现代电子送经系统都采用交流伺服电动机作为送经驱动装置，这是因为伺服电动机具有速度控制好、加减速稳定、功率小等特点，可实现恒力矩和自整定功能，高速工作时能保证高精确位置控制，非常
适合运用于经编高速送经上。虽然伺服电动机位置控制模式使加减速时间缩短，但也表明速度的时间变量a （加速度）是因变量，会随着速度变化量的大小相应改变，实现在最短时间内达到目标速度。这就对研究系统在变速送经过程中的控制特性增加了难度，造成多段送经量编织时切换时间t 、过渡横列个数N 更难确定（式（3））。
（3）
所以为研究高速经编机的闭环控制送经系统编织多段速送经组织的控制特性，只能采用实测的方法得到送经量的切换时间。本文运用SCM01型分析仪捕捉不同机速下系统编织不同送经量时送经电动机的实时速度变化，来得到组织中不同送经量切换时间，分析送经量与切换时间的关系及对送经系统的影响。
2 实验测试方法与分析
2.1 实验平台的搭建和测试方法
试验在Karl Mayer （卡尔迈耶）的HKS4型高速经编机上搭建基于闭环控制的经编电子送经系统，用固高科技（深圳）有限公司的GTS －400运动控制器为送经主控制单元，日本三菱MR －JE －200A 型伺服系统作为送经驱动单元，增量编码器作为测速压辊的反馈信号采集器并采集主轴转速信号。
所用HKS4型特里科经编机幅宽3 454 mm （136英寸），机号E28，最高测试机速1 300 r /min 。测试时采用双梳编织，经轴参数为：GB3当前外周长890 mm 、内周长630 mm 、余圈数7 800，GB4当前外周长1 120 mm 、内周长630 mm 、余圈数9 880。压辊反馈装置仅安装在GB3的经轴上进行测试，压辊外周长251.2 mm 。多段速送经组织GB3：（1－0/0－1）*（1 040 mm /rack ）/（1－0/1－2）*（1 240 mm /rack ）/（1－0/2－3）*（1 640 mm /rack ）/（1－0/3－4）*（2 040 mm /rack ）/（1－0/4－5）*（2 440 mm /rack ）/（1－0/5－6）*（2 840 mm /rack ）/（1－0/6－7）*（3 240 mm /rack ）//；GB4：（1－0/1－2）*（1 200 mm /rack ）；牵拉密度：20横列/cm 。
在实际生产中，多段速送经的工艺组织复杂多变，有些组织甚至有上百种送经序列。考虑实验的准确性，实验设计了一种 6 种送经量变换组织，分 6 个机速点800、900、1 000、1 100、1 200、1 300 r /min 对经轴GB3进行测试。试验中将主轴编码器的转速信号（A 信号）、经轴电动机的速度信号（A 信号）分别接入SCM01型四通道声振分析仪的 2 个转速通道，运行计算机上的LMS Test ．Lab 测试与分析软件，按主轴编码器信号、经轴电动机编码器信号接入的通道分别设置相应测试参数。实验中采样周期为2 000 ms 、采样频率为 1 kHz （测试的最佳设置），捕捉不同机速下多段速送经组织编织时送经电动机的实时速度变化曲线，采集组织中不同送经量间的切换时间。
制作交通工具2.2 多段速送经组织的控制特性分析
送经系统对组织送经量变化控制过程只是控制单元的数据处理过程，根据送经量参数计算出送经电动机的指令速度，最终送经量变化过程还是体现在送经速度的变化上。捕捉不同机器速度下（800、900、1 000、1 100、1 200、1 300 r /min ）多段速送经组织送经电动机的实时速度变化曲线（图 1），通过组织编织时送经电动机速度随
粽子机时间的变化更直观地阐述多段速送经的过程。
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（a ）机速800 r /min （b ）机速900 r /min
（c ）机速1 000 r /min （d ）机速1 100 r /min
（e ）机速1 200 r /min （f ）机速1 300 r /min
图 1 不同主轴速度时多段送经量送经电机的速度变化
根据图 1 可以看出，多段速送经量在编织时，随着送经量序列的递增变化，送经电动机的送经速度呈梯形递增上升沿变化，这说明送经量切换时送经速度并非突变，需要加（减）速的过渡时间之后，才能进行稳定速度送纱；在一个组织循环编织完成后，送经电动机的送经速度呈正常下降沿变化；并且随着机器速度的增大，单位测试时间内编织的组织循环数在增加，但送经电动机加速段内递增梯度变得不明显；同时也说明随着机器速度的增大，系统送经的控制精度在下降；所以实验中多段送经量组织的每个送经序列只设计 2 个横列，不仅是为突出系统响应时间和机械传动间歇等造成的滞后对送经造成的影响，同时也是对系统控制响应性的一种检测标准。
对多段速送经组织编织时送经电动机的速度时间
变化曲线分析，主要是对多段速送经的控制过程进行研究。通过捕捉不同机速下系统编织不同送经量时送经电动机的实时速度，得到组织中不同送经量编织时送经电
动机速度的切换时间（表 1），通过数据更直观分析系统的控制特性，研究系统在多段速送经时的响应性和控制精度。
根据得到的不同速度下多段送经组织编织时送经电动机的速度切换时间可以看出，随着机器编织速度的增加，相同送经量序列编织时送经电动机速度的切换时
间在减小；相同机器编织速度条件下，相邻组织序列送经量差值越大，速度的切换时间就越长，组织序列送经量差值相同时，送经电动机速度的切换时间差别不大；间接说明系统的切换响应与送经组织单个序列送经量无关，而与当前主轴速度和送经量差值的大小有关。根据
式（3）中过渡横列数与主轴速度及切换时间的关系，得出不同机器速度下多段速送经组织的过渡横列个数都小于 2，说明设计的基于闭环控制的高速经编送经系统在多段速送经组织编织时有很好的响应性和控制精度。
3 结论与探讨
本文通过捕捉不同机速下闭环送经系统编织多段速送经组织时送经电动机的速度控制过程，说明随着送经量序列的递增变化，送经电动机的送经速度呈梯形递增上升沿变化，但随着机器速度的增大，系统送经的控制精度在下降。
通过不同机速下多段速送经组织编织时送经电动机的速度切换时间的分析，说明闭环送经系统的切换响应与送经组织单个序列送经量无关，与当前主轴速度和送经量差值的大小有关；根据实验得到的不同机器速度下多段速送经组织的过渡横列个数，说明设计的基于闭环控制的高速经编送经系统在多段速送经组织编织时有很
好的响应性和控制精度。
对经编多段速送经组织的控制特性的研究，有助于提高多速送经系统
的响应性、控制精度和稳定性，提升产品品质，还为花型设计提供理论参考，提高花型组织的可织性。本文主要针对送经系统的控制特性进行研究，接下来将进一步研究实际提高高速条件下控制精度、响应性的方法。
时间/ms 速度/（r ·m i n －1）
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
600560520480440400360320280240200160
时间/ms 速度/（r ·m i n －1）
740
680620560500440380320260200
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
时间/ms 速度/（r ·m i n －1）
900
800700600500400300200
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
宝石饰品时间/ms
速度/（r ·m i n －1）
680640600560520480440400360320280240200160
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
时间/ms
速度/（r ·m i n －1）
800750700650600550500450400350300250200智能无线测温装置
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
时间/ms
速度/（r ·m i n －1）
900
800700600500400300200
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
参考文献（略）
表 1 不同主轴速度下送经电动机速度的切换时间
豫公网安备41160202000603
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