運(yùn)動紗線的動力學(xué)行為與控制.pdf

1、運(yùn)動紗線在紡織工業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中大量存在,隨著紡織設(shè)備的高速化,其動力學(xué)特性對實(shí)際生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響愈加明顯。由于實(shí)際工程系統(tǒng)在高速運(yùn)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(shù)變化而導(dǎo)致參數(shù)振動。本文以紡織生產(chǎn)過程中的運(yùn)動紗線作為工程背景,將其模型化為軸向運(yùn)動弦線,應(yīng)用理論建模、數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的手段,對其參激共振的穩(wěn)定性及控制進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。具體內(nèi)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(gòu)關(guān)系,對多種紗線進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和蠕變試驗(yàn),得到蠕變回歸方程,驗(yàn)證了模型的合理性,并由此得到運(yùn)動紗線動力學(xué)模型中的相關(guān)粘彈性參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,得到實(shí)際生產(chǎn)過程中運(yùn)動紗線的粘彈性參數(shù)。
　　2.利用廣義Hamilton原理建立軸向變速運(yùn)動粘彈性紗線橫向振動的非線性動力學(xué)方程,將Galerkin離散法和多尺度法相結(jié)合,獲得軸向運(yùn)動粘彈性紗線在速度參數(shù)激勵下發(fā)生共振的條件。分析了系統(tǒng)參數(shù)對參激共振幅值和幅頻特性曲線的影響,數(shù)值模

3、擬了主參激共振時的時間響應(yīng)曲線和相軌跡。研究了紡絲和織前準(zhǔn)備過程中可能發(fā)生的參激共振現(xiàn)象。
　　3.作為Kelvin模型的退化,分析了運(yùn)動均質(zhì)紗線線性參激共振的不穩(wěn)定區(qū)間。設(shè)計(jì)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(yīng)曲線上對系統(tǒng)控制效果進(jìn)行仿真分析,證實(shí)了控制策略的可行性。通過滑模控制和參數(shù)控制相結(jié)合,利用所構(gòu)造的Lyapunov函數(shù)設(shè)計(jì)張力的變化規(guī)律達(dá)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(jìn)

4、行了數(shù)值模擬。為了有效地消除滑?？刂浦锌刂屏Φ亩墩?設(shè)計(jì)模糊滑?？刂破鲗φ硰椥约喚€的橫向振動進(jìn)行控制,通過Matlab仿真分析證明了系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性和控制規(guī)律的魯棒性。
　　4.搭建實(shí)驗(yàn)平臺,通過實(shí)驗(yàn)研究軸向運(yùn)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(yùn)動介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)械部分、測量部分和控制部分組成。設(shè)計(jì)以微控制器LPC1768為核心的三相無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度的近似簡諧規(guī)律變化

5、特性。設(shè)計(jì)運(yùn)動帶的橫向振動控制系統(tǒng),以數(shù)字信號控制器TMS320F28335為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了模糊滑模算法。
　　5.在所設(shè)計(jì)的軸向運(yùn)動帶的實(shí)驗(yàn)裝置上,利用虛擬儀器LabVIEW設(shè)計(jì)的檢測分析系統(tǒng)完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速信號和運(yùn)動帶橫向振動信號的實(shí)時檢測與分析,對軸向運(yùn)動帶的參激共振現(xiàn)象及其控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分別研究了當(dāng)系統(tǒng)固有頻率為1Hz和2Hz時系統(tǒng)發(fā)生的參激共振現(xiàn)象,并在共振狀態(tài)下利用所設(shè)計(jì)的振動控制器對其橫向振動施加控制,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了