馬宏帥 趙世海

摘要：由于連續(xù)軋染機(jī)放卷系統(tǒng)具有時(shí)變性、非線性和耦合性等特點(diǎn)，常規(guī)PID控制效果不良。針對(duì)恒張力控制問(wèn)題，結(jié)合自抗擾控制方法提出一種放卷張力控制的方法。根據(jù)放卷運(yùn)行機(jī)理，對(duì)放卷過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，推導(dǎo)靜、動(dòng)態(tài)解耦模型，設(shè)計(jì)線性自抗擾控制器（LADRC）。對(duì)該控制器與常規(guī)PID控制進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：該控制器能夠使織物的張力在放卷過(guò)程中保持恒定，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。

關(guān)鍵詞：卷徑;張力控制;線性自抗擾;抗干擾

中圖分類(lèi)號(hào)：TP195.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）01-0087-06

放卷單元是連續(xù)軋染機(jī)關(guān)鍵部分，放卷是織物在連續(xù)軋染上運(yùn)行的第一步，其對(duì)張力控制的精度要求很高，如果放卷過(guò)程中張力出現(xiàn)波動(dòng)，將會(huì)對(duì)后續(xù)加工的各個(gè)階段造成影響，以至于影響織物的加工質(zhì)量[1]。由于放卷過(guò)程中卷徑不斷變化，引起放卷輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化，導(dǎo)致織物受到的張力也不斷變化[2]。放卷系統(tǒng)是一個(gè)典型的時(shí)變性、非線性的耦合系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)一個(gè)能夠解耦并且具有良好抗干擾性能的控制器是至關(guān)重要的。

隨著織物染整工藝的復(fù)雜化和多樣化，對(duì)連續(xù)軋染機(jī)的加工質(zhì)量要求越來(lái)越高。對(duì)放卷系統(tǒng)的張力控制器提出了更高的要求。常規(guī)PID控制器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代織物的加工要求。

李革等[3]提出模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法，應(yīng)用于帶材的卷繞張力控制系統(tǒng)，使張力控制系統(tǒng)有較好的自適應(yīng)性。李坤全等[4]提出自適應(yīng)模糊PID控制方法，應(yīng)用于瓦楞紙放卷張力控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)張力的穩(wěn)定控制。張永勝等[5]提出模糊理論，用于同步帶恒張力控制系統(tǒng)中，取得了較好的張力控制效果。但這些方法都要求建立精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，影響因素多，建立精確數(shù)學(xué)模型比較困難。

本文提出采用線性自抗控制方法[6—7]，不需要知道被控系統(tǒng)的精確模型和內(nèi)外部擾動(dòng)規(guī)律，利用張力擴(kuò)張狀態(tài)觀察器，對(duì)被控系統(tǒng)的內(nèi)外擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償。該方法不僅具有自抗擾控制器的功能，而且克服了自抗擾控制算法參數(shù)難整定的問(wèn)題[8—11]，便于應(yīng)用于實(shí)際工中。

1放卷系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模

放卷系統(tǒng)由放卷輥和卷徑測(cè)量裝置組成，放卷輥由變頻器電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)PLC發(fā)送指令控制變頻，實(shí)現(xiàn)放卷輥的控制。放卷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.4常規(guī)PID產(chǎn)生誤差波動(dòng)分析

經(jīng)過(guò)仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析，常規(guī)PID控制器在解耦、抗干擾方面的控制效果都沒(méi)有LADRC控制器的控制效果好。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，放卷張力系統(tǒng)具有非線性、時(shí)變性、耦合性的特點(diǎn)，使得在對(duì)系統(tǒng)分析的過(guò)程中很難確定準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。常規(guī)PID控制器在運(yùn)行過(guò)程中，它的3個(gè)參數(shù)設(shè)定是根據(jù)明確的被控對(duì)象數(shù)學(xué)方程設(shè)定的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)整定。當(dāng)放卷系統(tǒng)卷徑、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，常規(guī)PID的3個(gè)參數(shù)不會(huì)隨系統(tǒng)的變化做出改變，因此系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)超調(diào)，不穩(wěn)定等現(xiàn)象。而當(dāng)放卷系統(tǒng)放卷單元的張力發(fā)生突變時(shí)，常規(guī)PID控制器對(duì)突變情況不能做出及時(shí)的補(bǔ)償，導(dǎo)致對(duì)后續(xù)單元張力的影響。

常規(guī)PID控制器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果好，但是對(duì)被控系統(tǒng)參數(shù)變化敏感，只要系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，就需要重新整定它的3個(gè)參數(shù)，否則就會(huì)影響控制效果。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)連續(xù)軋染機(jī)放卷張力系統(tǒng)對(duì)張力穩(wěn)定性的要求，本文提出采用LADRC控制的方法，解決了因放卷張力與牽引張力的耦合以及參數(shù)擾動(dòng)和外界干擾引起的張力變化的問(wèn)題，使放卷系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。由于LADRC中引入線性擴(kuò)張狀態(tài)觀察器，從對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)可知，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面，LADRC不占優(yōu)勢(shì)，但是該控制器在抗干擾和解耦方面比PID控制器的控制效果更好。該控制器不僅具有較強(qiáng)的魯棒性和解耦效果，而且具有參數(shù)便于調(diào)整的特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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