本發(fā)明涉及紡絲機械控制技術領域，特別涉及紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術：

化纖長絲在紡絲機上被繞成圓柱形卷裝。在卷裝過程中，隨著卷繞直徑的增大，卷裝端面的卷繞密度比卷裝中間的卷繞密度大，如果不做處理，就會形成凸肩絲，引起卷繞機構的振動，損壞卷裝的成形，而且在后繼退繞時易發(fā)生斷頭和脫圈。為了防止凸肩的發(fā)生，有多種可供使用的邊緣動程處理方法，例如：槽軌動程修正法、螺桿動程修正法、分級動程修正法等等，使用縮進卷裝端面動程的方法而修正邊緣的絲圈卷裝密度。但它們都存在著一定的不足和缺陷，其中最為突出的問題是動程在極小位置會形成凸邊。由于這些方法只能以固定位置的動程極點運行，而正反轉切換動作有機械慣性，且傳動機構存在間隙，每次在動程極點位置并不是立即返回，而是停留一個微小的時間再返回。多次大周期之后，紡絲就會在這些極點位置形成凸邊現象，從而影響后續(xù)工藝的高速退繞質量。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制系統(tǒng)及其方法，旨在有效地防止凸肩，消除凸邊現象，提高卷裝成形質量。在后續(xù)工藝高速退繞下，能極大減少產生斷頭和脫圈。

本發(fā)明解決其問題所采用的技術方案是：

紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制系統(tǒng)，包括用于卷繞紡絲的絲筒和往復導絲機構，所述往復導絲機構包括導絲本體及在導絲本體上橫向移動引導引線的導絲器，還包括用于對卷繞紡絲進行邊緣控制的邊緣控制器、用于聯動導絲本體及導絲器產生偏移的往復導桿和用于驅動往復導桿移動的驅動機構，所述邊緣控制器通過驅動機構連接所述的往復導桿，控制導絲本體及導絲器的偏移疊加量大小，使卷裝邊緣縮進動程大小分級且隨機。

本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制系統(tǒng)，通過控制往復導絲機構產生疊加偏移量的往復導桿，而達到控制目的，邊緣控制器通過驅動機構修正連桿的往復移動，使導絲本體及導絲器陳生一個偏移疊加量，能有效避免由于正反轉切換等機械慣性而產生的凸邊現象，本發(fā)明能有效地防止凸肩，消除凸邊現象，提高卷裝成形質量。在后續(xù)工藝高速退繞下，能極大減少產生斷頭和脫圈。

具體地，所述驅動機構包括伺服驅動器、驅動電機、減速機，所述邊緣控制器、伺服驅動器、驅動電機、減速機依次連接，還包括連接往復導桿端部用于控制其橫向移動的槽軌，所述減速機通過傳動皮帶連接槽軌，所述槽軌轉動時控制所述往復導桿橫向往復移動。進行邊緣控制時，邊緣控制器通過伺服驅動器控制驅動電機轉動，再通過減速機實現精確的傳動控制，再通過傳動皮帶控制槽軌及往復導桿的精確往復移動，實現了邊緣控制的精確控制。

紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制方法，根據預先設置的一個動程級數N控制分級卷裝邊緣縮進動程大小S_n ，邊緣縮進動程疊加一個隨機的偏移量，形成最終的實際動程。

本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制方法，在邊緣縮進動程疊加一個隨機的偏移量，通過將邊緣縮進動程劃分等級，且動程往返點在等級范圍內均勻分布，是卷裝端面的卷繞密度得到適量補償，避免了凸肩的產生，且在各個等級疊加一個隨機的偏移量，能有效避免由于正反轉切換等機械慣性而產生的凸邊現象，本發(fā)明能有效地防止凸肩，消除凸邊現象，提高卷裝成形質量。在后續(xù)工藝高速退繞下，能極大減少產生斷頭和脫圈。

進一步，所述分級隨機的邊緣縮進動程S_n滿足如下公式：

S_n=S_min+(S_max-S_min)*(rand()+n)/N，其中：

S_n為邊緣縮進動程；

S_min為邊緣縮進動程最小值；

S_max為邊緣縮進動程最大值；

rand()為輸出范圍在[0，1]區(qū)間內的隨機函數；

N為預設的動程級數，表示一個動作周期內整個縮進動程的區(qū)域平均分為N份；

n為[0，N-1]區(qū)間內的正整數，動作周期內每次需要計算分級疊加偏移時n在[0，N-1]區(qū)間內變化。

每個動作周期，根據當前級數計算出該次動作的邊緣縮進動程所對應的往復導桿的移動速度和移動時間，導絲器在快速橫動往復移動時，其位移兩端的往返點隨著往復導桿的緩慢位移而逐漸向中間收縮至當前級數的動程極點，接著往復導桿同速反向回到原點，導絲器的往返點也同步擴張到最大動程位置，下次動作時，按照下次動作所對應的級數使邊緣縮進動程作出對應的收縮，由于rand()是隨機的，因此每次動作周期的疊加偏移量都不相同，由于不會存在相同的動程收縮極點，因此不會在某個位置產生突然變大的卷繞密度而出現凸邊的現象。

作為上述的一種改進方式，每個動作周期所述n在[0，N-1]區(qū)間內按大小順序進行變化。即順序動程控制，其包括，該動作周期的n由最大值逐漸減少到最小值，這時n由 N-1 逐漸減少到0。

作為上述的另一種改進方式，每個動作周期所述的n依次選擇[0，N-1]區(qū)間內的最大值和最小值，直至[0，N-1]區(qū)間內的所有正整數被全部選擇。即插序動程控制，n值的變化不具備漸變規(guī)律，每個動作周期，先選擇最大值，讓邊緣縮進動程最大，再選擇最小值，讓邊緣縮進動程最小，再選擇次大值、次小值的級數，直到將[0，N-1]區(qū)間內的所有正整數被全部選擇后，即n=(N-1)/2時結束，該方法可以可以解決卷裝雙肩在較大分級數N時的硬度不均的問題，提高絲餅的成型質量。其原理是讓絲餅的邊緣縮進動程在每個較小的時間段內，其平均值保持穩(wěn)定，使每一層絲圈的卷繞密度保持穩(wěn)定。

進一步，rand()在一個動作周期內為固定值，進行第二個動作周期時隨機變化。即每次動作周期內rand()保持一個固定值，直到下個周期開始時rand()再生成一個隨機數供當前周期使用，該好處是不用頻繁生成隨機數，而且當前周期的隨機變量的統(tǒng)一，有利于絲餅保持較好的一致性和整體性。

進一步，在控制往復導絲機構運行通過如下方法進行控制：

步驟A、將動程級數N縮進最小動程S_min、縮進最大動程S_max、動程運行時間T_r、動程停止時間T_s參數及縮進動程S_n公式算法的相關系數輸入并保存在邊緣控制器的存儲器中；

步驟B、在邊緣動程控制開始之前，通過計算機計算當前縮進動程范圍S_max-S_min、當前縮進動程S_n及導絲器移動的速度脈沖個數P_n及其脈沖設定初值T_n，并初始化隨機函數rand()的函數種子，初始化動程控制順序，為實施動程控制過程的實時控制提供比較信息；

步驟C、啟動邊緣控制，在邊緣控制過程中，通過計算機求得下一步縮進動程S_n及其速度脈沖個數P_n及其下一步動作序號，根據當前實測的位置狀態(tài)，調用實時控制算法，控制速度脈沖的頻率、方向和時間，以及停止位置的制動和時間。

進一步，在邊緣動程控制之前，為實施邊緣動程的實時控制提供比較信息可由邊緣動程計算機控制系統(tǒng)中的上位機完成工藝參數設置與計算，在邊緣動程控制過程中，為執(zhí)行邊緣動程的位置控制可由邊緣動程計算機控制系統(tǒng)中的下位機控制驅動設備完成運行動作。

附圖說明

下面結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明邊緣動程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框圖；

圖2是本發(fā)明邊緣動程控制方法的順序動程曲線圖；

圖3是本發(fā)明邊緣動程控制方法的插序動程曲線圖。

具體實施方式

參照圖1所示，本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制系統(tǒng)，包括用于卷繞紡絲的絲筒1和往復導絲機構2，所述往復導絲機構2包括導絲本體21及在導絲本體21上橫向移動引導引線的導絲器22，還包括用于對卷繞紡絲進行邊緣控制的邊緣控制器、用于聯動導絲本體21及導絲器22產生偏移的往復導桿3和用于驅動往復導桿3移動的驅動機構，所述邊緣控制器通過驅動機構連接所述的往復導桿3，帶動導絲本體21及導絲本體21中的導絲器22產生橫向疊加偏移，通過控制導絲本體及導絲器的偏移疊加量大小，使卷裝邊緣縮進動程大小達到分級且范圍隨機的效果。

具體地，所述驅動機構包括伺服驅動器、驅動電機4、減速機5，所述邊緣控制器、伺服驅動器、驅動電機4、減速機5依次連接，還包括設置于往復導桿3端部用于控制其橫向移動的槽軌6，所述減速機5通過傳動皮帶7連接槽軌6，所述槽軌6轉動時控制所述往復導桿3橫向移動。進行邊緣控制時，邊緣控制器通過伺服驅動器控制驅動電機4轉動，再通過減速機5實現精確的傳動控制，再通過傳動皮帶7控制槽軌6的精確橫向移動，實現了邊緣控制的精確控制。

本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制系統(tǒng)，通過設置帶動往復導絲機構2產生橫向疊加偏移的往復導桿3，邊緣控制器通過驅動機構控制往復導絲機構2的橫向移動范圍，使導絲器22在其邊緣位置產生分級隨機的橫向收縮疊加偏移，能有效避免由于正反轉切換等機械慣性而產生的凸邊現象，本發(fā)明能有效地防止凸肩，消除凸邊現象，提高卷裝成形質量。在后續(xù)工藝高速退繞下，能極大減少產生斷頭和脫圈。

本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制方法，根據預先設置的一個動程級數N控制分級卷裝邊緣縮進動程大小S_n ，邊緣縮進動程疊加一個隨機的偏移量，形成最終的實際動程。

所述分級隨機的邊緣縮進動程S_n滿足如下公式：

S_n=S_min+(S_max-S_min)*(rand()+n)/N，其中：

S_n為邊緣縮進動程，即當前動作導絲器22的往返點從當前最遠端向中間收縮的距離；

S_min為邊緣縮進動程最小值，即導絲器22在導絲本體21上移動的邊緣縮進動程最小值；

S_max為邊緣縮進動程最大值，即導絲器22在導絲本體21上移動的往返點從當前最遠端向中間收縮的最小距離,確定當前絲餅邊緣動程收縮的最小值；

rand()為輸出范圍在[0，1]區(qū)間內的隨機函數；

N為預設的動程級數，表示一個動作周期內邊緣縮進動程產生N次的有規(guī)律變化，控制絲餅邊緣的平滑性，N越大絲餅卷裝的邊緣卷繞密度，使其修正后，與中間的一樣，其中N不是越大越好，一般取N等于6。；

n為[0，N-1]區(qū)間內的正整數（即n=0,1,2,***,N-1），動作周期內每次需要計算分級疊加偏移時n在[0，N-1]區(qū)間內變化。

本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制方法，將不能變化的動程極點變成可以隨著周期動作作隨機變化的動程極點。將邊緣縮進動程大小進行可設置的分級，并且可在每個動作周期針對每一級的縮進動程在一定范圍內疊加同樣的微量偏移。其中每個動作周期，根據當前級數計算出該次動作的邊緣縮進動程，導絲器22的往返點根據該縮進動程收縮到對應的動程極點位置，下次動作時，按照下次動作所對應的級數移動到對應的動程極點位置，由于rand()是隨機的，因此每次動作周期的疊加偏移量都不相同，由于較長的時間段都不會存在重復的縮進動程，因此不會在某個位置產生重復的往返點而出現凸邊的現象。

其中動作周期中動程級數N根據工藝設定可分為順序動程控制和插序動程控制。

采用順序動程控制時，每個動作周期所述n在[0，N-1]區(qū)間內按大小順序進行變化。該動作周期的n可以由最大值逐漸減少到最小值，即n由 N-1、N-2、N-3、N-4 逐漸減少到0的過程。另外該動作周期的N保持不變。

采用插序動程控制時，每個動作周期所述的n依次選擇[0，N-1]區(qū)間內的最大值和最小值，直至[0，N-1]區(qū)間內的所有正整數被全部選擇，即n從N-1、0、N-2、1逐步變成(N-1)/2的過程。n值的變化不具備漸變規(guī)律，每個動作周期，先選擇最大值的級數，讓縮進動程最大，再選擇最小值的級數，讓縮進動程最小，再選擇次大、次小的級數，直到將[0，N-1]區(qū)間內的所有正整數被全部選擇后，即n=(N-1)/2時結束，該方法可以可以解決紡絲端面硬度不均的問題，提高絲餅的成型質量。其原理是讓絲餅的邊緣縮進動程在每個較小的時間段內，其平均值保持穩(wěn)定，使每一層絲圈的卷繞密度保持穩(wěn)定。。

其中rand()在一個動作周期內為固定值，進行第二個動作周期時隨機變化。即每次動作周期內rand()保持一個固定值，直到下個周期開始時rand()再生成一個隨機數供當前周期使用，該好處是不用頻繁生成隨機數，而且當前周期的隨機變量的統(tǒng)一，有利于絲餅保持較好的一致性和整體性。

在控制往復導絲機構2動程收縮過程中具體通過如下方法進行控制：

步驟A、將動程級數N、縮進最小動程S_min、縮進最大動程S_max、動程運行時間T_r、動程停止時間T_s參數及縮進動程S_n公式算法的相關系數輸入并保存在邊緣控制器的存儲器中；

步驟B、在邊緣動程控制開始之前，通過計算機計算當前縮進動程范圍S_max-S_min、當前縮進動程S_n及導絲器22移動的速度脈沖個數P_n及其脈沖設定初值T_n，并初始化隨機函數rand()的函數種子，初始化動程控制順序，為實施動程控制過程的實時控制提供比較信息；

步驟C、啟動邊緣控制，在邊緣控制過程中，通過計算機求得下一步縮進動程S_n及其速度脈沖個數P_n及其下一步動作序號，根據當前實測的位置狀態(tài)，調用實時控制算法，控制速度脈沖的頻率、方向和時間，以及停止位置的制動和時間。

進一步，在邊緣動程控制之前，為實施邊緣動程的實時控制提供比較信息可由邊緣動程計算機控制系統(tǒng)中的上位機(人機界面)完成工藝參數設置與計算，在邊緣動程控制過程中，為執(zhí)行邊緣動程的位置控制可由邊緣動程計算機控制系統(tǒng)中的下位機(單片機或PLC系統(tǒng))控制驅動設備(變頻器或伺服驅動器)完成運行動作。

在進行動程控制時，邊控伺服驅動器的位移-時間曲線能夠很好地反映系統(tǒng)控制的狀態(tài)。舉例說明，如圖2所示，4級順序動程曲線示意圖。

其中動程級數4級，動程范圍[2,10]mm，運動時間5s，停止時間3s，動程周期8s，每32秒完成1個大周期。N以4-3-2-1的順序循環(huán)運行?？s進動程范圍[2,10]mm平均分為4個區(qū)域，每個區(qū)域有1個動程極點。每1個大周期，動程極點會整體隨機偏移。這個偏移可以解決原來的邊控系統(tǒng)的凸邊問題，也是本發(fā)明的創(chuàng)新點之一。

本發(fā)明的另一個創(chuàng)新點是插序動程控制，舉例說明，如圖3所示4級插序動程曲線示意圖。這種控制方式不是按縮進動程幅度從大到小的順序運行，而是在這個順序的基礎上，把1個大周期里面后面的動程提前插入運行。圖2就是以4-1-3-2的插序運行。如果是8級動程，就會以8-1-7-2-6-3-5-4運行。這種控制方式，在8級以上的動程控制中，效果會比較明顯?？梢越鉀Q卷裝雙肩在較大分級數N時的硬度不均的問題，提高絲餅的成型質量。其原理是讓絲餅的邊緣縮進動程在每個較小的時間段內，其平均值保持穩(wěn)定，使每一層絲圈的卷繞密度保持穩(wěn)定。

本發(fā)明的紡絲分級范圍隨機的邊緣動程控制方法，在邊緣縮進動程疊加一個隨機的偏移量，通過將邊緣縮進動程劃分等級，且動程往返點在等級范圍內均勻分布，使卷裝端面的卷繞密度等到適量補償，避免了凸肩的產生，而在各個等級疊加一個隨機的偏移量，且有效避免由于正反轉切換等機械慣性而產生的凸邊現象，本發(fā)明能有效地防止凸肩，消除凸邊現象，提高卷裝成形質量。在后續(xù)工藝高速退繞下，能極大減少產生斷頭和脫圈?？捎糜诩徑z機的往復導絲機構2的往復導桿3的有規(guī)律橫動，適用于卷繞任何線條狀材料圓柱形卷裝的卷繞機構的邊緣動程控制。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發(fā)明的技術效果，都應屬于本發(fā)明的保護范圍。