用變頻器做恒張力控制的實質(zhì)是閉環(huán)矢量控制，即加編碼器反饋。對收卷來說，收卷的卷經(jīng)是由小到大變化的，為了保證恒張力，所以要求電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距要由小到大變化。同時在不同的操作過程，要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償。即小卷啟動的瞬間、加速、減速、停車，大卷啟動時，要在不同卷經(jīng)時進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)距補(bǔ)償，這樣就能使得收卷的整個過程很穩(wěn)定，避免小卷時張力過大；大卷啟動時松紗的現(xiàn)象。

一．張力控制變頻收卷在紡織行業(yè)的應(yīng)用及工藝要求

1.1 傳統(tǒng)收卷裝置的弊端

紡織機(jī)械如：漿紗機(jī)、漿染聯(lián)合機(jī)、并軸機(jī)等設(shè)備都會有收卷的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的收卷都是采用機(jī)械傳動，因為機(jī)械的同軸傳動對于機(jī)械的磨損是非常嚴(yán)重的，據(jù)了解，用于同軸傳動部分的機(jī)械平均壽命基本上是一年左右。而且經(jīng)常要維護(hù)，維護(hù)的時候也是非常麻煩的,不僅浪費(fèi)人力而且維護(hù)費(fèi)用很高,給客戶帶來了很多的不便。尤其是紡織設(shè)備基本上是開機(jī)后不允許中途停車的，如發(fā)生意外情況需要停車會造成很大的浪費(fèi)。在這種情況下，張力控制變頻收卷開始逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械傳動系統(tǒng)。

1.2 張力控制變頻收卷的工藝要求

（1）在收卷的整個過程中都保持恒定的張力。張力的單位為：牛頓或公斤力。
（2）在啟動小卷時，不能因為張力過大而斷紗；大卷啟動時不能松紗。
（3）在加速、減速、停止的狀態(tài)下也不能有上述情況出現(xiàn)。
（4）要求將張力量化，即能設(shè)定張力的大小（力的單位），能顯示實際卷徑的大小。

1.3 張力控制變頻收卷的優(yōu)點(diǎn)

（1）張力設(shè)定在人機(jī)上設(shè)定，人性化的操作，單位為力的單位：牛頓。

（2）使用先進(jìn)的控制算法：卷徑的遞歸運(yùn)算；空心卷徑激活時張力的線性遞加；張力錐度計算公式的應(yīng)用；轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)膭討B(tài)調(diào)整等等。

（3）卷徑的實時計算，精確度非常高，保證收卷電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的平滑性能好。并且在計算卷徑時加入了卷徑的遞歸運(yùn)算，在操作失誤的時候，能自己糾正卷徑到正確的數(shù)值。

（4）因為收卷裝置的轉(zhuǎn)動慣量是很大的，卷徑由小變大時。如果操作人員進(jìn)行加速、減速、停車、再激活時很容易造成爆紗和松紗的現(xiàn)象，將直接導(dǎo)致紗的質(zhì)量。而進(jìn)行了變頻收卷的改造后，在上述各種情況下，收卷都很穩(wěn)定，張力始終恒定。而且經(jīng)過PLC的處理，在特定的動態(tài)過程，加入一些動態(tài)的調(diào)整措施，使得收卷的性能更好。

（5）在傳統(tǒng)機(jī)械傳動收卷的基礎(chǔ)上改造成變頻收卷，非常簡便而且造價低，基本上不需對原有機(jī)械進(jìn)行改造。改造周期小，基本上兩三天就能安裝調(diào)試完成。

（6）克服了機(jī)械收卷對機(jī)械磨損的弊端，延長機(jī)械的使用壽命。方便維護(hù)設(shè)備。

系統(tǒng)構(gòu)成及系統(tǒng)框圖
二． 變頻收卷的控制原理及調(diào)試過程

2.1 卷徑的計算原理

根據(jù)V1=V2來計算收卷的卷徑。因為V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx。因為在相同的時間內(nèi)由測長輥走過的紗的長度與收卷收到的紗的長度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt，Δn1*C1=Δn2*C2/i(Δn1---單位時間內(nèi)牽引電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、Δn2---單位時間內(nèi)收卷電機(jī)運(yùn)行的圈數(shù)、C1---測長輥的周長、C2---收卷盤頭的周長、i---減速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i D2=Δn1*D1*i/Δn2，因為Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)、P2---收卷編碼器的線數(shù))。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即測長輥轉(zhuǎn)一圈，由霍爾開關(guān)產(chǎn)生一個信號接到PLC。那么D2=D1*i*P2/ΔP2，這樣收卷盤頭的卷徑就得到了。

2.2收卷的動態(tài)過程分析

要能保證收卷過程的平穩(wěn)性，不論是大卷、小卷、加速、減速、激活、停車都能保證張力的恒定。需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償。整個系統(tǒng)要激活起來，首先要克服靜摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，簡稱靜摩擦轉(zhuǎn)矩，靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間起作用；正常運(yùn)行時要克服滑動摩擦力產(chǎn)生地滑動摩擦轉(zhuǎn)矩，滑動摩擦轉(zhuǎn)矩在運(yùn)行當(dāng)中一直都存在，并且在低速、高速時的大小是不一樣的。需要進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償，系統(tǒng)在加速、減速、停車時為克服系統(tǒng)的慣量，也要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)牧颗c運(yùn)行的速度也有相應(yīng)的比例關(guān)系。在不同車速的時候，補(bǔ)償?shù)南禂?shù)是不同的。即加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩、停車轉(zhuǎn)矩、激活轉(zhuǎn)矩；克服了這些因素，還要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，通過計算出的實時卷徑除以2再乘以設(shè)定的張力大小，經(jīng)過減速比折算到電機(jī)軸。這樣就分析出了收卷整個過程的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)倪^程。總結(jié):電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=靜摩擦轉(zhuǎn)矩(激活瞬間)+滑動摩擦轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩。（1）在加速時還要加上加速轉(zhuǎn)矩；（2）在減速時要減去減速轉(zhuǎn)矩。（3）停車時，因為是通過程控減速至設(shè)定的最低速，所以停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償同減速轉(zhuǎn)矩的處理。

2.3轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

（1）靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償

因為靜摩擦轉(zhuǎn)矩只在激活的瞬間存在，在系統(tǒng)激活后就消失了。因此靜摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償是以計算后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩乘以一定的百分比進(jìn)行補(bǔ)償。

（2）滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償

滑動摩擦轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償在系統(tǒng)運(yùn)行的整個過程中都是起作用的。補(bǔ)償?shù)拇笮∫允站黼姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)償量的大小與運(yùn)行的速度有關(guān)系。所以在程序中處理時，要分段進(jìn)行補(bǔ)償。

（4）加減速、停車轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償

補(bǔ)償硬一收卷電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)該比較穩(wěn)定，變化不大。

2.4計算當(dāng)中的公式計算

(1)已知空芯卷徑Dmin=200mm,Dmax=1200mm；線速度的最大值Vmax=90m/min,張力設(shè)定最大值Fmax=50kg(約等于500牛頓)；減速比i=9；速度的限制如下:因為:V=π*D*n/i(對于收卷電機(jī))=>收卷電機(jī)在空芯卷徑時的轉(zhuǎn)速是最快的。所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min；

(2)因為我們知道變頻器工作在低頻時,交流異步電機(jī)的特性不好,激活轉(zhuǎn)矩低而且非線性。因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機(jī)工作在2HZ以下。因此:收卷電機(jī)有個最低速度的限制。計算如下:對于四極電機(jī)而言其同步轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p=>n1=1500r/min。 =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min。當(dāng)達(dá)到最大卷徑時,可以求出收卷整個過程中運(yùn)行的最低速。V=π*D*n/i=>Vmin=3.14*1。2*60/9=25.12m/min。張力控制時,要對速度進(jìn)行限制,否則會出現(xiàn)飛車。因此要限速。

(3)張力及轉(zhuǎn)矩的計算如下:如果F*D/2=T/I=>F=2*T*i/D對于22KW的交流電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩的計算如下:T=9550*P/n=>T=140N。m。所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N。(其中P為額定功率,n為額定轉(zhuǎn)速)。