一种恒张力供纱器及控制方法技术

一种恒张力供纱器及其控制方法，包括电机、胀轴、测距传感器、控制盒和纱线筒芯；胀轴同轴安装在电机的输出轴上并能同电机轴一同转动，纱线筒芯套设在胀轴外侧，控制盒安装在电机的机身上，测距传感器安装在控制盒靠近纱线筒芯的一侧且其探测方向正对纱线筒芯；控制盒用于通过测距传感器的采集数据调节电机输出扭矩。本发明专利技术恒张力器通过给力矩电机提供恒电流获取稳恒的电机输出扭矩，继而设以电机同轴安装的纱线筒放出或收回的纱线能够维持稳定的张力。定的张力。定的张力。

【技术实现步骤摘要】
一种恒张力供纱器及控制方法


[0001]本专利技术属于供纱器张力控制
，具体涉及一种恒张力供纱器及控制方法。

技术介绍

[0002]在许多工业生产中都需要对纱线的张力进行控制，特别是复合材料生产过程中的纤维缠绕，所使用的多是具有高强度和高模量的碳纤维或玻璃纤维等材料，需要施加的张力大，一般在10～300N，不但对纱线张力稳定性有要求，而且不论纱线是被拉出还是被缠入纱线的张力都要稳定不变。纺织工业所用的积极式纱线恒张力装置的张力较小，只能提供0.1N以下的张力，远远不能能满足纤维缠绕机的需要。为了使纱线获得稳定和大张力，人们制作了各种张力稳定装置，控制纱线筒的输出张力。基本方法主要是通过检测输出纱线的张力与设定值去比较，并将其差值放大以调控输出张力。具体方法有：1、采用计算机自动控制，通过张力传感器检测输出张力与设定张力进行比较，然后通过将误差放大去控制与纱线筒同轴安装的磁粉制动器的控制电流，是输出张力始终维持在设定值附近；2、采用机械负反馈的控制方式，根据检测双轴张力不产期的摆动角度大小，通过拉杆调节安置着纱线筒的制动器的制动力，从而使输出张力维持在一个很小的变化范围。3、将纱线筒安装在一个制动器的转轴上，给制动器施加一稳定的电流。方法1是典型的电子控制模式，控制思路明晰，控制精度较高，主要应用于一些定制的成套设备上，商品化程度较低；方法2的优点是系统可靠性高，缺点机械摩擦式制动器使用中有磨损，张力的稳定精度较低，具体代表有美国生产的MCM张力稳定装置，常见于一些20年前进口的老设备上；方法3结构最简单，但张力稳定的较差，需要经常调节控制电流，适合要求较低的应用，目前应用的还比较多。上述几种方法都是基于特定的安装场合将分散的零部件组合成一个小系统，造成按这些方法做的张力控制系统很难形成独立的商品去批量生产。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种恒张力供纱器及控制方法，以解决商品化程度较低、张力的稳定精度较低、张力稳定的较差的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种恒张力供纱器，包括电机、胀轴、测距传感器、控制盒和纱线筒芯；胀轴同轴安装在电机的输出轴上并能同电机轴一同转动，纱线筒芯套设在胀轴外侧，控制盒安装在电机的机身上，测距传感器安装在控制盒靠近纱线筒芯的一侧且其探测方向正对纱线筒芯；控制盒用于通过测距传感器的采集数据调节电机输出扭矩。
[0006]进一步的，控制盒内部设有控制电路，控制电路包含开关电源、单片机、比较器电路、上部MOSFET驱动器、下部MOSFET驱动器、恒流源主电路、电流传感器和过压保护电路；测距传感器和比较器电路连接到单片机，比较器电路输出分别连接上部MOSFET驱动器和下部MOSFET驱动器；上部MOSFET驱动器和下部MOSFET驱动器均连接到恒流源主电路，恒流源主电路连接到电机；比较器电路和恒流源主电路输出之间还设置有电流传感器；开关电源为
主电路提供大功率动力电源并为控制线路提供低电压控制电源，过压保护电路连接在开关电源上，用来防止母线过电压，电流传感器用来检测通过电机电枢的电流；测距传感器采用超声波测距传感器。
[0007]进一步的，比较器电路中，比较器COMP1的输入+与单片机的给定电流输出的模拟量输出相连，比较器的输入
‑
与电流传感器的输出相连。
[0008]进一步的，比较电路中还包含回差电阻R15和R16，比较器接成正反馈型式。
[0009]进一步的，MOSFET驱动器包含两个图腾柱输出的驱动电路，其中的上端MOSFET驱动电路还包含一个自举电容和一个快恢复二极管及欠压保护电路；恒流源主电路为开关电路，包含两个MOSFET：T1、T2和两个快恢复二极管D1、D2，T1、T2分别串联在电机绕组L1的两端，两个快恢复二极管中D1的阴极连接电机绕组L1+、阳极连接电源负极GND,D2的阴极连接电源母线正极、阳极连接电机绕组L1
‑
。
[0010]进一步的，开关电源的输出电压高于电机在被反向拖动时的最高发电电压；
[0011]进一步的，过压保护电路为能耗式电阻开关线路，将主电路直流母线多余的电能通过电阻消耗。
[0012]进一步的，过压保护电路为一个能量回馈单元，具体为一个DC
‑
AC逆变电路，将主电路直流母线多余的电能转变为与输入电源同频率的交流电并反馈给电网。
[0013]进一步的，单片机还连接有显示器和按键板。
[0014]进一步的，一种恒张力供纱器的控制方法，包括以下步骤：
[0015]采用单片机输出的信号电压VIN2为给定电流的大小，电流传感器输出的信号电压VIN1对应电机电枢电流大小；通过带有回差的比较器电路为恒流源开关电路的开关元件T1和T2的驱动电路提供控制信号；当VIN2＞VIN1+Vδ时，比较器COMP1输出电压VO为高电平，T1和T2导通；当VIN2＜VIN1+Vδ时，比较器COMP1输出电压VO为低电平，T1和T2关断；Vδ为比较电路的回差电压；
[0016]单片机含有失电存储器EEPROM记录纱筒的实际半径和标准纱筒输出额定张力时的电枢电流信号；标准纱筒是一个直径固定的纱筒，纱面缠有一层纱线；标定时，采用标准纱筒和拉力计，通过显示设置面板先输入名义力矩值，再用拉力计拉纱，根据读取的拉力计实测值按“+”或
“‑”
修正偏差使测量值与标定值一致，单片机记录此刻的电枢电流信号和传感器传感器测量到的距离信息；单片机将按照VIN2＝VIN0
×
[R0
‑
(L
‑
L0)]给比较器提供一个电枢电流给定信号，其中VIN0是和传感器在标准纱筒设定张力对应的电枢电流检测信号，R0是标准纱筒的半径，L是传感器测量的距离，L0是传感器测量标准纱筒时的距离。
[0017]与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：
[0018]本专利技术恒张力供纱器，是基于直流电机输出转矩正比于电枢电流这一特性，通过可控恒流源供电实现电机输出扭矩稳定，继而使与电机轴同轴安装的纱线筒上的纱线张力稳定。由于纱线筒上的纱线会随着退绕越来越少，本专利技术采用实时测量纱线筒半径的变化对电机的输出扭矩进行补偿，使输出的纱线张力保持恒定。
[0019]本专利技术恒张力供纱器包括纱线筒、直流力矩电机、胀轴、测距传感器和控制盒及带插头的电源输入线。其中：在胀轴外侧安置纱线筒，胀轴同轴安装在电机轴上并能同电机轴一同转动，控制盒安装在电机的机身上，测距传感器安装在控制盒靠近纱线筒的一端且其探测方向正对纱线筒的纱线外表面；输出纱线的张力正比于电机的输出扭矩、反比于纱线
筒纱线面的半径，控制盒为电机提供稳定的电枢电流并能通过传感器实时检测到的纱线筒半径对电枢电流进行微调，使输出纱线的张力恒定。
[0020]本专利技术通过外部无接触测距传感器测量纱线筒的半径对电机输出扭矩进行调节，比现有的直接测量纱线张力更加简单、可靠、廉价。采用机电一体化技术设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恒张力供纱器，其特征在于，包括电机(1)、胀轴(3)、测距传感器(4)、控制盒(2)和纱线筒芯(5)；胀轴(3)同轴安装在电机(1)的输出轴上并能同电机轴一同转动，纱线筒芯(5)套设在胀轴(3)外侧，控制盒(2)安装在电机(1)的机身上，测距传感器(4)安装在控制盒(2)靠近纱线筒芯(5)的一侧且其探测方向正对纱线筒芯(5)；控制盒(2)用于通过测距传感器(4)的采集数据调节电机(1)输出扭矩。2.根据权利要求1所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，控制盒(2)内部设有控制电路，控制电路包含开关电源(9)、单片机(11)、比较器电路(16)、上部MOSFET驱动器(17)、下部MOSFET驱动器(18)、恒流源主电路(12)、电流传感器(19)和过压保护电路(10)；测距传感器(4)和比较器电路(16)连接到单片机(11)，比较器电路(16)输出分别连接上部MOSFET驱动器(17)和下部MOSFET驱动器(18)；上部MOSFET驱动器(17)和下部MOSFET驱动器(18)均连接到恒流源主电路(12)，恒流源主电路(12)连接到电机(1)；比较器电路(16)和恒流源主电路(12)输出之间还设置有电流传感器(19)；开关电源(9)为主电路(12)提供大功率动力电源并为控制线路提供低电压控制电源，过压保护电路(10)连接在开关电源(9)上，用来防止母线过电压，电流传感器(19)用来检测通过电机(1)电枢的电流；测距传感器采用超声波测距传感器。3.根据权利要求2所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，比较器电路(16)中，比较器COMP1的输入+与单片机(11)的给定电流输出的模拟量输出相连，比较器的输入
‑
与电流传感器(19)的输出相连。4.根据权利要求3所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，比较电路中还包含回差电阻R15和R16，比较器接成正反馈型式。5.根据权利要求2所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，MOSFET驱动器包含两个图腾柱输出的驱动电路，其中的上端MOSFET驱动电路(17)还包含一个自举电容和一个快恢复二极管及欠压保护电路；恒流源主电路(12)为开关电路，包含两个MOSFET：T1、T2和两个快恢复二极管D1、D2，T1、T2分别串联在电机绕组L1的两端，两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骥冲，吉少波，
申请(专利权)人：西安英利科电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：