運動紗線的動力學行為與控制.pdf

1、運動紗線在紡織工業(yè)的生產實踐中大量存在,隨著紡織設備的高速化,其動力學特性對實際生產及產品質量的影響愈加明顯。由于實際工程系統在高速運行時對外界因素的干擾比較敏感,任何外部擾動都可引起參數變化而導致參數振動。本文以紡織生產過程中的運動紗線作為工程背景,將其模型化為軸向運動弦線,應用理論建模、數值分析和實驗驗證相結合的手段,對其參激共振的穩(wěn)定性及控制進行了較系統的研究。具體內容包括以下幾個方面:
　　1.采用Kelvin模型描述粘彈

2、性紗線的本構關系,對多種紗線進行拉伸試驗和蠕變試驗,得到蠕變回歸方程,驗證了模型的合理性,并由此得到運動紗線動力學模型中的相關粘彈性參數。在此基礎上,得到實際生產過程中運動紗線的粘彈性參數。
　　2.利用廣義Hamilton原理建立軸向變速運動粘彈性紗線橫向振動的非線性動力學方程,將Galerkin離散法和多尺度法相結合,獲得軸向運動粘彈性紗線在速度參數激勵下發(fā)生共振的條件。分析了系統參數對參激共振幅值和幅頻特性曲線的影響,數值模

3、擬了主參激共振時的時間響應曲線和相軌跡。研究了紡絲和織前準備過程中可能發(fā)生的參激共振現象。
　　3.作為Kelvin模型的退化,分析了運動均質紗線線性參激共振的不穩(wěn)定區(qū)間。設計速度反饋控制來抑制紗線的橫向振動,從幅頻特性曲線和時域響應曲線上對系統控制效果進行仿真分析,證實了控制策略的可行性。通過滑?？刂坪蛥悼刂葡嘟Y合,利用所構造的Lyapunov函數設計張力的變化規(guī)律達到控制紗線振動的目的,用有限差分法對紗線共振狀態(tài)和控制效果進

4、行了數值模擬。為了有效地消除滑?？刂浦锌刂屏Φ亩墩?設計模糊滑?？刂破鲗φ硰椥约喚€的橫向振動進行控制,通過Matlab仿真分析證明了系統的漸進穩(wěn)定性和控制規(guī)律的魯棒性。
　　4.搭建實驗平臺,通過實驗研究軸向運動紗線的參激共振與控制。為了便于信號的檢測與控制,以不銹鋼箔帶替代紗線作為運動介質。實驗裝置由機械部分、測量部分和控制部分組成。設計以微控制器LPC1768為核心的三相無刷直流電機轉速控制系統,實現運行速度的近似簡諧規(guī)律變化

5、特性。設計運動帶的橫向振動控制系統,以數字信號控制器TMS320F28335為基礎實現了模糊滑模算法。
　　5.在所設計的軸向運動帶的實驗裝置上,利用虛擬儀器LabVIEW設計的檢測分析系統完成對電機轉速信號和運動帶橫向振動信號的實時檢測與分析,對軸向運動帶的參激共振現象及其控制進行了實驗研究。分別研究了當系統固有頻率為1Hz和2Hz時系統發(fā)生的參激共振現象,并在共振狀態(tài)下利用所設計的振動控制器對其橫向振動施加控制,實驗結果驗證了