一种用于丝条收卷的张力自动调节方法与流程

本发明属于工业自动控制系统装置制造，尤其涉及一种用于丝条收卷的张力自动调节方法。

背景技术：

1、当前针对线材料收卷过程的自适应恒张力控制系统，通常采用比例积分微分调节器配合时变负载补偿矩阵调节驱动电机的输出转矩，以维持工艺轴线速度与卷绕张力的动态平衡；控制回路的相裕度与稳定裕度取决于控制参数与时变负载传递函数的时域匹配性，通常做法依赖闭环反馈回路捕获张力传感器的波形信号，通过在线调校控制增益以适应传动轴系的多维惯量漂移，确保自动控制装置在稳态工况下的跟踪响应精度，然而，将该控制策略应用于涤纶长丝高速熔体纺丝卷绕工艺环节时，卷绕轴系随着纤维层收卷厚度增加而呈现出负载质量单调递增趋势，由此引发转动惯量产生宽幅非线性漂移，使整个机电传动系统内部的动能储存状态发生结构性改变；在高速运转且卷绕半径持续扩大的物理约束下，常规闭环控制结构由于缺乏对负载时变惯量特征指标的独立观测手段，在单一拉力反馈通道下无法区分由半径增长带来的静态拉力增量与由质量惯量突变引发的暂态惯性阻矩，导致控制增益系数偏离真实物理负载状态，在卷绕轴系突发扰动时产生响应错配。

2、单纯依赖机械辊体物理形态或单一传感硬件难以解决轴系转动惯量非线性漂移带来的控制畸变，控制算法等软件优化层面成为突破方向，例如，公开号为cn121292204a的中国发明专利申请公开了一种全自动纺丝卷绕控制方法、控制系统及设备，采集卷绕筒几何卷径，依据预设比例关系动态调整自抗扰控制器带宽与控制增益，然而，此控制策略隐性依赖卷绕物料具备完全刚性特征且空间密度均匀分布的底层物理预设，在涤纶长丝高速熔体纺丝真实工况下，长丝物料具有粘弹性蠕变与热收缩耗散特性，随层叠厚度增加，丝饼内部产生非均匀应力分布与密度渐变，导致传动轴系真实转动惯量与表层几何卷径非线性解耦，若仅依据表层几何卷径进行固定算法映射，控制增益与自抗扰带宽发生原理性错配，小卷径阶段放大高频电磁测量噪声，大卷径瞬态扰动时面临观测滞后，此外，此方案完全缺失应对非理想通信环境的主动防御机制，遭遇现场总线暂态抖动或网络丢包时，引发调速指令时序断层与控制发散，产生速度突变导致长丝成型结构性物理破坏。

3、因此，如何利用收卷轴反馈信号解耦计算时变负载惯量特征指标，并基于离散阈值驱动控制回路比例增益变构，结合丢包监测闭锁机制稳定控制参数，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决如何利用收卷轴反馈信号解耦计算时变负载惯量特征指标，并基于离散阈值驱动控制回路比例增益变构，结合丢包监测闭锁机制稳定控制参数的技术问题的问题。

2、在本技术方案中，一种用于丝条收卷的张力自动调节方法，包括以下步骤：

3、步骤s101，自动控制核心单元通过工业同步总线链路实时获取丝条高速卷绕受控系统在运转过程中的时变离散线速度信号以及收卷张力检测反馈信号；

4、步骤s102，自动控制核心单元采用负载时变惯量观测模型对作为转动惯量变化源的频率受控卷绕速调构件因丝条缠绕堆叠导致的实时转动惯量完成在线辨识，基于辨识出的实时转动惯量调用自适应变增益矩阵重构律来动态重构作为控制律系数的动态比例增益系数，通过状态空间自适应控制算子对时变离散线速度信号以及收卷张力检测反馈信号进行多维状态反馈解算以解耦系统张力特征，生成用于消除丝条收卷张力偏差的偏差对冲调速指令；

5、步骤s103，自动控制核心单元将偏差对冲调速指令通过工业同步总线链路直接覆盖写入频率受控卷绕速调构件的转速给定状态寄存节点中，强行改写转速给定状态寄存节点内的速度给定基准值，通过改变频率受控卷绕速调构件的实时输出转速实现对丝条收卷张力偏差的原位消除，平衡由于实时转动惯量动态增加引起的转速环响应迟滞，对冲丝条高速卷绕受控系统由于惯量漂移产生的固有传递时延。

6、优选的，方法还包括以下步骤：步骤s201，利用自动控制核心单元内部的丢包监测器监控工业同步总线链路的数据流状态；步骤s202，当判定时变离散线速度信号在传输中发生连续超过3次断传事件时，闭锁状态空间自适应控制算子的在线更新逻辑，强行将动态比例增益系数锁定为断传前序周期的最后一次稳态有效值，退出自适应变增益状态并切入静态安全降级保护模式，直至工业同步总线链路恢复连续传输。

7、优选的，步骤s103中强行改写转速给定状态寄存节点内的速度给定基准值包括以下子步骤：步骤s1031，获取转速给定状态寄存节点内的原速度给定基准值；步骤s1032，通过叠加逻辑计算得到全新速度给定基准值，其中，全新速度给定基准值被配置为原速度给定基准值与偏差对冲调速指令之和，全新速度给定基准值、原速度给定基准值以及偏差对冲调速指令的单位统一为m/s；步骤s1033，将全新速度给定基准值作为新的给定数据覆盖写入转速给定状态寄存节点中。

8、优选的，方法还包括以下步骤：步骤s401，接收换盘机构发送的离散时序触发脉冲；步骤s402，在时变离散线速度信号被有条件截断的特定满盘换盘瞬态下，当检测到满盘换盘瞬态触发脉冲时，瞬间闭锁状态空间自适应控制算子的增益改写逻辑，将控制回路切换为基于先验沉淀矩阵的阶梯式前馈速度补偿模式；步骤s403，调用历史稳态阶段沉淀的平均张力差值，直接向频率受控卷绕速调构件的控制寄存单元下发瞬时对冲转速增量以绕过闭环运算的反馈延迟；步骤s404，持续至换盘动作结束且长丝运转状态重新稳定超过500ms后，重新无缝激活状态空间自适应控制算子。

9、优选的，方法还包括以下步骤：步骤s501，利用功能组件内部的排线时序对冲算子实时获取排线横动构件的换向控制边沿信号来作为同步触发条件；步骤s502，在换向控制边沿信号触及的时刻，排线时序对冲算子在自动控制核心单元的输出端原位无缝叠加反向的周期性限流补偿矢量，利用反向的周期性限流补偿矢量抵消排线横动构件往复机械反弹引发的物理传递间隙损耗以及换向尖峰扰动。

10、优选的，步骤s102中采用负载时变惯量观测模型对频率受控卷绕速调构件因丝条缠绕堆叠导致的实时转动惯量完成在线辨识包括以下子步骤：步骤s1021，实时采集频率受控卷绕速调构件的当前卷径数据以及筒管的初始转动惯量；步骤s1022，依据当前卷径数据计算当前丝条在频率受控卷绕速调构件上缠绕堆叠产生的附加转动惯量；步骤s1023，将初始转动惯量与附加转动惯量合并，确定为频率受控卷绕速调构件的实时转动惯量。

11、优选的，步骤s102中基于辨识出的实时转动惯量调用自适应变增益矩阵重构律来动态重构作为控制律系数的动态比例增益系数包括以下子步骤：步骤s1024，获取控制回路在前一周期保留的稳态变增益控制参数；步骤s1025，根据实时转动惯量的时变特征，检索自适应变增益矩阵重构律，得到控制增益调整量；步骤s1026，将稳态变增益控制参数与控制增益调整量叠加，更新得到当前周期的动态比例增益系数。

12、优选的，步骤s101中实时获取丝条高速卷绕受控系统在运转过程中的时变离散线速度信号以及收卷张力检测反馈信号包括以下子步骤：步骤s1011，通过张力采样通路检测丝条高速卷绕受控系统的丝条卷绕实时张力值并转化为数字信号，得到收卷张力检测反馈信号；步骤s1012，通过离散频率测速输入通道采集丝条高速卷绕受控系统的接触辊表面转速并转化为离散频率信号，得到时变离散线速度信号。

13、优选的，方法还包括以下步骤：步骤s901，在完成步骤s101之后，利用低通数字滤波器对收卷张力检测反馈信号完成高频噪声滤除，得到平滑张力信号；步骤s902，将平滑张力信号作为新的反馈参量输入至状态空间自适应控制算子中，用以替代收卷张力检测反馈信号完成多维状态反馈解算逻辑，进而更新偏差对冲调速指令。

14、优选的，步骤s103中将偏差对冲调速指令直接覆盖写入频率受控卷绕速调构件的转速给定状态寄存节点中包括以下子步骤：步骤s1034，转换偏差对冲调速指令的数据格式，映像为转速给定状态寄存节点所识别的16位有符号整型数据；步骤s1035，通过工业同步总线链路将转换后的16位有符号整型数据覆盖写入至转速给定状态寄存节点的指定地址中。

15、相对于现有技术，本发明用于丝条收卷的张力自动调节方法，具有以下优势：

16、1、在丝条收卷的张力自动调节中，通过现场总线同步获取离散电流信号与实时线速度信号，利用滤波器提取电磁转矩特征分量，配合直径增长梯度解耦计算时变惯量特征指标，并在指标跨越分界阈值时触发回路比例增益变构；该机制将轴系质量递增引发的旋转动能变化转换为增益重构自变量，打破固定参数回路与强时变负载之间的错配，原位削弱驱动轴系在高储能状态下的回路过冲，使长丝运转周期内的回路跟踪相位差保持在3ms以内，从而阻断特定工况下由时延引起的系统自激震荡。

17、2、通过时限幅门控环节对计算生成的动态比例增益系数实施幅值硬性截断，限定相邻采样周期之间的系数变动率不大于5%，并且利用数据链路中的丢包监测器实时监控总线数据流状态；当离散线速度信号在传输中发生连续超过3次暂态断传事件时，自适应仲裁在线迭代逻辑触发刚性闭锁，控制系统自动将动态比例增益系数锁定为断传前序周期保留的最后一次有效稳态值，退出变增益状态并切入降级保护模式，直至总线传输恢复正常，由此阻断总线抖动引起的增益突变，避免转速突变诱发的崩丝事故。

18、3、控制单元接收换盘机构的离散时序触发脉冲，在监测到换盘瞬态触发脉冲时将自适应增益改写逻辑实施瞬间闭锁，系统将控制回路切换为基于先验沉淀矩阵的阶梯式前馈速度补偿模式；运算模块调用历史稳态阶段的平均张力差值并向执行寄存器下发瞬时对冲转速增量，绕过闭环运算的反馈延迟，直至换盘结束且长丝运转重新稳定超过500ms后重新激活自适应仲裁算子，从而依靠前馈与反馈深度咬合的抗扰动拓扑，原位对冲换盘瞬态产生的阶跃式高频波动力矩。