Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории и принципов управления системы ппун
1.1 Виды перекосов уточных нитей и их математическая интерпретация 11
1.2 Анализ известных датчиков и устройств распознавания видов перекоса уточных нитей 15
1.3 Анализ устройств исправления ПУН 24
1.3.1 Правка ПУН изменением скорости ширильной цепи
1.3.2 Устранение перекосов уточных нитей с помощью секционированных роликов 28
Выводы по главе 1 29
Глава 2 STRONG . Математическая модель деформации ткани в процессе управления перекоса уточных нитей
STRONG 2.1 Динамические характеристики ткани как объекта изменения ее натяжения 30
2.2 Уточненная модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов 38
2.3 Имитационное моделирование объекта управления на ЭВМ 43
2.4 Распределение управляющих воздействий по зонам деформации 46
Выводы по главе 2 52
Глава 3. Разработка и исследование правящего ролика с эмфмс как объекта управления
3.1 Обоснование и разработка конструкции правящего ролика с ЭМФМС 53
3.2 Динамические характеристики и энергетический расчет ЭМФМС 55
3.3 Моделирование переходных процессов в ЭМФМС 62
3.4 Надежность комплекта ЭМФМС с усилителями мощности 63
Выводы по главе 3 66
Глава 4 . Разработка и исследование информационного канала
4. 1 Разработка датчика ПУН с распределенным чувствительным элементом и устройства распознавания вида ПУН 67
4 4.2 Оценка эффективности информационного канала75
4.3 Оценка помехозащищенности информационного канала с помощью корректирующих кодов 89
4.4 Надежность информационного канала 93
Выводы по главе 4 96
Глава 5 . Разработка и исследование АС ППУН
5.1 Разработка структурной и алгоритмической аналоговых схем 97
5.2 Анализ качества работы аналоговой АС ППУН 106
5.3 Разработка цифровой структуры АС ППУН 117
5.4 Анализ качества работы цифровой АС ППУН 119
5.5 Применение релейного закона управления для исправления ПУН 121
5.6 Техническая реализация АС ППУН 129
5.6.1 Разработка алгоритма управленияэлектромагнитными ферропорошковыми муфтами скольжения 136
Выводы по главе 5 140
Общие выводы 141
Литература 142
- Анализ известных датчиков и устройств распознавания видов перекоса уточных нитей
- Уточненная модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов
- Динамические характеристики и энергетический расчет ЭМФМС
- 1 Разработка датчика ПУН с распределенным чувствительным элементом и устройства распознавания вида ПУН
Введение к работе
Перекос уточных нитей (перекос утка) — это неперпендикулярное расположение нитей по отношению к основным на всей ширине ткани или на её части.
Образование перекосов на движущей ткани может быть следствием в основном 2-х причин: различные по ширине участки ткани имеют разные скорости движения или транспортировки; различные по ширине участки ткани проходят разные длины путей (движение по дуге и т.п.).
Возможно также совместное действие этих причин.
Диагональные перекосы возникают в основном из-за разной степени натяжения кромок тканей при обработке их расправленным полотном. Чаще всего причиной таких перекосов являются тканенаправляющие ролики с непараллельными осями (перекошенные ролики). Если оси роликов лежат в одной плоскости, то они вызывают перекос ткани в большей степени, чем ролики, оси которых лежат в разных плоскостях. Различные по форме перекосы могут быть вызваны неодинаковой степенью прижима полотна ткани по кромкам в жалах валов тканенаправляющими роликами, имеющими неправильную цилиндрическую форму, косыми или волнистыми швами при сшивке полотен ткани, повышенным натяжением ткани, повышенным трением полотна в местах перегиба, неравномерностью потока воздуха при сушке, неравномерностью сушки нитей основы при шлихтовании и ряд других причин.
Различные скорости участков ткани могут создаваться также из-за неравномерного прижатия валов по ширине ткани, загрязнения участков валов или роликов, неравномерной выработки валов, при жгутовой обработке вследствие трения различными участками ткани о ведущие и ведомые валы, при транспортировке жгута в направляющих кольцах и т.д.
Возникновение перекосов уточных нитей может происходить уже в ткацком производстве [1]. Однако в основном перекосы образуются в процессе отделки тканей.
Наибольшее количество перекосов в отделочных фабриках дают, как правило, отбельные цеха; много перекосов образуется в красильно-заварочных и аппретурно-отделочных цехах. Необходимо отметить, что распределение перекосов по цехам, их количество и величина зависят от системы контроля за перекосами на каждой фабрике, от количества и места установки приспособлений и устройств правки перекосов утка, а также культуры производства на данном участке, цехе и всей фабрике.
Ткани с перекосом утка считаются браком и могут привести к следующим нежелательным явлениям: при пошиве одежды, после раскроя ткани с перекошенными уточными нитями, в месте шва может не совпадать рисунок, особенно клетки; может изменяться форма раскроя; может измениться внешний вид сшитой одежды из-за деформации ткани с перекошенными уточными нитями; при поступлении на печать ткани с перекошенными уточными нитями происходит несовпадение геометрического печатного рисунка с направлением уточных нитей, что в дальнейшем приводит к искажению рисунка, и т.д.
По причине перекосов уточных нитей понижается сортность более 20% тканей от общего количества выпускаемых тканей 2-го сорта или около 1% от общего количества выпускаемых хлопчатобумажных и штапельных тканей, а также велик процент переправы из-за перекосов утка.
Для управления устройствами исправления перекоса необходимо их оснащение системами контроля, способными непрерывно определять пространственное положение уточных нитей в ходе процесса отделки ткани. Для устранения практически всех существующих перекосов предлагается в качестве правящих органов перекоса уточных нитей использовать несколько электромагнитных муфт скольжения, распределенных по ширине ткани. Актуальность работы. Основными процессами заключительного этапа отделочного производства являются сушка, каландрирование, пгарение на ширильных цепных (ДЩМ) и сушильно-ширильных (СШМ) машинах. Важнейшей задачей автоматизации технологических процессов данного производства текстильной промышленности в современных условиях является задача повышения качества выпускаемых тканей. Одним из факторов, влияющим на качество, является перекос уточных нитей (ПУН), который возникает при различной скорости движения участков ткани по ее ширине и различной длиной пути, проходимого этими участками на технологическом оборудовании. Для устранения ПУН необходимо решение следующих задач: достоверное обнаружение ПУН, распознавание вида перекоса и непосредственно исправление ПУН.
Известные способы и устройства ПУН не позволяют надежно обнаруживать и распознавать сложные ПУН, которые составляют порядка 50% от всех известных, а также качественно исправлять такие перекосы, воздействуя правящими элементами на ограниченные участки ткани по ее ширине. В связи с этим, наиболее существенным с этой точки зрения является разработка и исследование датчика ПУН с распределенными по ширине ткани чувствительными элементами, помехозащищенной системы распознавания вида перекоса с применением корректирующих кодов, а также управляемых по скорости правящих элементов и автоматической системы правки перекосов уточной нити.
Для управления устройствами исправления перекоса необходимо их оснащение системами контроля, способными непрерывно определять пространственное положение уточных нитей в ходе процесса отделки ткани.
Для устранения практически всех существующих перекосов предполагается правящие органы перекоса уточных нитей выполнить на нескольких электромагнитных муфтах скольжения, распределенных по ширине ткани, а также разработать автоматическую систему их управления. Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование автоматической системы исправления перекоса уточных нитей в тканях с помощью секционированных правящих роликов со встроенными в них электромагнитными муфтами скольжения.
В соответствии с поставленной целью данная работа предполагает решение изложенных ниже задач:
1. Анализ возможностей существующих систем контроля и исправления перекоса уточных нитей.
Исследование динамических характеристик смежных участков ткани, подверженных дополнительной деформации в процессе ПУН.
Теоретическое обоснование и аналитическое исследование электромагнитных ферропорошковых муфт скольжения (ЭМФМС) как объекта управления.
Оценка информативности и надежности измерительного канала с точки зрения его помехозащищенности.
Разработка и исследование аналоговой и цифровой автоматической системы правки ПУН.
Обоснованный выбор технических средств реализации системы автоматической правки прекоса уточных нитей.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты:
Математические модели процесса исправления перекоса уточных нитей в тканях.
Уточненная модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов.
Методика расчета закона распределения управляющих воздействий на ЭМФМС по зонам деформации.
Методика декодирования с вычислением ошибки под влиянием помех или сбоев в информационном канале.
Структурные и алгоритмические схемы автоматической системы правки перекоса уточных нитей.
Результаты экспериментально-теоретических исследований и математического моделирования разработанных устройств и систем.
Методика проведения исследований. Диссертационная работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. При построении математической модели применялись современные методы компьютерной обработки данных. Теоретические исследования основывались на методах современной теории автоматического управления. В рамках практической реализации системы исправления перекоса уточных нитей рассмотрены исполнительные элементы на базе электромагнитных муфт скольжения. Предложен алгоритм для микропроцессорного управления электромагнитных муфт.
Научная новизна работы. Получена математическая модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов и на ее основе предложена структура системы автоматического управления процессом исправления перекоса уточных нитей. Разработан аналитический принцип распределения управляющих воздействий по законам деформации. Произведена теоретическая оценка эффективности и помехозащищенности информационного канала. Получены линейные математические модели каналов связи объекта управления.
Достоверность результатов работы. Идентичность полученных математических моделей процесса исправления перекоса уточных нитей, а также адекватность систем автоматического управления подтверждаются хорошим совпадением теоретических и экспериментальных исследований методами физического и математического моделирования. Научные решения диссертации строго обоснованы и аргументированы в рамках принятых автором допущений, теоретические положения и экспериментальные выводы многократно уточнялись.
Практическая ценность работы. Разработанная система автоматического исправления перекоса уточных нитей с помощью электромагнитных муфт скольжения позволит решить проблему автоматизации устранения перекосов в тканях, улучшить качество, повысить сортность выпускаемой продукции.
Полученные научные результаты могут служить для создания систем управления объектами с взаимосвязанными регулируемыми величинами. Предложенные методы управления процессом правки утка позволят своевременно и непрерывно определять пространственное положение уточных нитей и устранять возникающие перекосы.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждены и получили положительную оценку на Всероссийских научно-технических конференциях, научно-технической конференции аспирантов университета на иностранных языках, межвузовской научно-технической конференции, конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ им. А.Н. Косыгина, проходивших в 2003-2006 годах.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 151-ой странице печатного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов по главам и общих основных выводов, списка использованной литературы из 45 наименований, 2-х приложений, 8-ми таблиц, 52-х иллюстраций.
Анализ известных датчиков и устройств распознавания видов перекоса уточных нитей
В настоящее время запатентовано или заявлено авторскими свидетельствами несколько способов обнаружения, распознавания и правки перекоса уточной нити. Существующие методы и средства обнаружения перекоса утка. В настоящее время известны различные способы съема информации о положении уточных нитей в тканях: оптические, пневматические, механические и др., в которых неэлектрическая величина преобразуется в другую промежуточную неэлектрическую величину более удобную для дальнейшего преобразования в электрический сигнал. В соответствии с видом промежуточной неэлектрической величины можно выделить несколько основных типов датчиков перекоса утка [34]: a) датчики перекоса утка, в которых положение уточных нитей преобразуется в оптический сигнал; b) датчики перекоса утка, в которых изменение положения уточных нитей преобразуется в изменение взаимного расположения нанесенных на ткань меток; c) датчики перекоса утка, в которых положение уточных нитей преобразуется в пневматический сигнал; d) датчики перекоса утка, в которых положение уточных нитей преобразуется в положение чувствительных механических элементов, а) Преобразование перекоса уточной нити в изменение амплитуды светового потока осуществляется при движении ткани между фотоприемником и узкой щелью, через которую направляется на ткань поток светового излучения.
Освещенность фотоприемника будет изменяться в соответствии с тем, как в данный момент располагаются над щелью уточные нити и промежутки между ними. В одних устройствах контроль за положением уточных нитей осуществляется путем сравнения амплитуд колебаний двух световых потоков, проходящих через ткань. Второй световой поток формируется с помощью щелевой диафрагмы, расположенной под углом -а к требуемому направлению уточных нитей. При перекосе уточных нитей амплитуды колебаний двух световых потоков оказываются различными. Знак разности зависит от направления перекоса. В других устройствах узкий пучок света с помощью оптического вибратора получает колебательное движение в направлении, перпендикулярном направлению движения ткани. В этом случае перекос уточных нитей обнаруживается по наличию разности частот моделируемых колебаний, соответствующих двум направлениям движения светового потока. Датчик, работающий на принципе преобразования света, проходящего через ткань, входит в состав прибора типа АПУ-ДКП, который является отечественным прибором для автоматической правки утка, выпускаемый промышленностью серийно.
В установках зарубежных фирм наибольшее распространение получили приборы типа "Ортоман" фирмы "Мало" (ФРГ), а также приборы фирмы "Кито", в основу работы которых положен тот же принцип, что и в отечественных приборах [5]. Указанные приборы, оказываются неработоспособными на плотных светонепроницаемых тканях, имеют ограниченную возможность применения на тканях с цветным рисунком, а также на тканях сложного переплетения. В измерительных устройствах, построенных по принципу отраженного от поверхности ткани света, обнаружение перекоса уточных нитей основано на зависимости пространственной ориентации диаграмм направленности отраженного нитями излучения от угла между ними к направлениям распространения падающего на них потока излучения. Такие датчики содержат осветитель и два фотоприемника, расположенные симметрично относительно осветителя. При отсутствии перекоса уточных нитей в ткани освещенность обоих фотоприемников одинакова. При перекосе утка происходит смещение максимума интенсивности отраженного света в сторону одного из фотоприемников, вследствие чего появляется разность электрических сигналов фотоприемников. К числу приборов, имеющих в составе датчики, работающие на принципе преобразования отраженного от ткани света, относится прибор типа АПУ-ФКПВ, а также приборы фирмы "Нортон" (Англия) [4]. Точность работы таких приборов в значительной мере зависит от артикула и цвета ткани. На тканях темного цвета прибор не обеспечивает необходимую чувствительность, поэтому при изменении артикула и цвета ткани прибор необходимо перестраивать. К этому же типу датчиков обнаружения относятся датчики с передающими телевизионными трубками. Получение устойчивого изображения контролируемого участка ткани может быть обеспечено с помощью вращающегося зеркального барабана, который проектирует изображение участка ткани на экран телевизионной трубки. Скорость движения барабана должна быть пропорциональна скорость движения ткани.
Уточненная модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов
Для исправления сложных ПУН в тканях на СШМ обеспечить ускорение или замедление движения и, соответственно, усилия натяжения и деформации ткани на конкретных ее участках по ширине возможно с помощью правящих валов 1 с распределенными по их длине обрезиненными роликами 2 (рис. 2.3). [17]. о ткань F г — г)тр Рис. 2.3 Ролики 2 содержат встроенные в них электромагнитные муфты скольжения (ЭМФМС), ведущая часть которых жестко связана с валом 1, а ведомая часть с роликами 2. Валы 1 кинематически связаны с приводом СШМ и вращаются в противоположные стороны со скоростью на 5-10% больше, чем транспортирующие валы 3. Это позволяет в зависимости от вида ПУН осуществлять после транспортирующих валов 3 ускорение или замедление соответствующих участков ткани по ее ширине и, соответственно, изменение усилия натяжения и деформации ткани. Число роликов 2 определяется шириной ткани и конструктивными ограничениями. На рис. 2.4 изображены две смежные зоны деформации ткани при исправлении дугового перекоса уточных нитей, где І)І И г п, Fi и Fn, ЕІ и En -соответственно скорость, натяжение и деформация ткани на выходе этих зон. "Dip l)n Fn yn Qpn vi Fi yi Qpi Л. П і Qi DO Qn Рис. 2.4 Деформация ткани в каждой из зон, например Ej(t) в і-ой зоне, определяется подачей ткани Q;(t) в зону деформации и расходом ткани QPi(t) после ее деформации. Связь между деформацией E(t) и плотностью ткани y(t) в соответствующей зоне деформации описывается линейным инерционным звеном первого порядка. Кроме того, существует экспоненциальное влияние деформации в каждой из зон на зоны смежные с ней, например в і-ой и п-ой [14]. Изменение деформации в і-ой зоне распространяется на другие участки зоны со скоростью 0) (t)= щ e"V (2.30) где Do -скорость ткани на входе в зону деформации; а,, — коэффициент, зависящий от артикула ткани. Это, в частности, означает, что взаимодействие между участками зоны деформации распространяется на расстояние, не превьппающее величину VQ/OCT). Время, в течение которого деформация достигает j-oro участка, равно: .J-hd- AL.I/.ylXAjjI/.y iiiL.; av где AB — ширина зоны деформации. Коэффициент передачи К компоненты плотности ткани y(t) в і-ой зоне и вызвавшей ее деформацией Ej(ty) экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния ABi-j. Этот коэффициент определяется из условия сохранения массы. Пусть значение коэффициента передачи К будет известно для одной из зон. Тогда k-AB ( ABi-jp A j К = - гехр ;-оо (i, j) оо, (2.32) где А - коэффициент. Условие нормировки для этого выражения будет К = Z К i j,oo (2.33) j=- o Поверхностная плотность ткани уі(і) на выходе из зоны деформации пропорциональна скорости х х ткани на выходе из зоны. В предложенных о малых откликах переменных от номинальных значений справедливо линейное приближение АЄ-(О = Z -AoM + LJi-Ar(,), „О „ _0 (2.34) pi mp mp где vi(t) — скорость ткани на выходе; г)тр - скорость транспортировки ткани после правки; а — размерный коэффициент. Учитывая, что yi(t) содержит две компоненты, связанные с изменением деформации ткани в і-ом и суммарным влиянием деформации в j-ом участках (i j), получим для расхода ткани в і-ой зоне следующее выражение: Е РОССИЙСКАЯ СУЦАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА N а-и? г АГ(і), (2.35) v AQpi(t) = -ArAO+T тр /=1 Vmp ІФІ Соответствующие компоненты деформации Eni(t) и Eoci(t) пропорциональны интегралам от Qj(t) и QPi(t). На основании сделанных допущений система уравнений математического описания процесса деформации ткани в отклонениях от номинального режима имеет вид: N ДЄ (0 = К,Г.(О + Кя- Г, (О + К„ -0,(0; (2.36) Е, (/) = „,(0 + (0; EAt)- r-QM; (2.37) (2.38) (2.39) Е« (О = К ос гг N + К ос „ч (0; (2. 40) Т,=- -Г,+ "Е -т,); D и где К„= 1; к„=(т! + і;т;)- — тр тр j=l (2.41) (2.42) N — число участков деформации в зоне; Т, Тп, Тос — постоянные времени, соответственно, интегрирования, прямой и обратной связи; Кос — коэффициент обратной связи.
Динамические характеристики и энергетический расчет ЭМФМС
Для ЭМФМС, применяемой в качестве исполнительного устройства [2], передаточная функция может быть получена, если пренебречь потоками рассеяния. Тогда влияние вихревых потоков и индуктивности обмотки возбуждения на время протекания переходного процесса в муфте можно учесть введением в уравнение электрического равновесия обмотки возбуждения некоторой эквивалентной постоянной времени Тм [3]. Уравнение, характеризующее изменение во времени магнитного потока Ф в рабочем зазоре муфты, будет иметь вид: d Ф Ф = Ф у + Т м at Момент, передаваемый муфтой в статическом состоянии, определяется выражением (3.2) М = С ф Ф ; М = С v -U у где Сф и Си — постоянные коэффициенты, учитывающие размеры муфты, материал магнитной цепи и вязкое трение, Uy — напряжение управления. Умножая обе части уравнения (3.1) на Сф, получим: rr, dM М = М у + Тм —- (3.3) где My - максимальный вращающий момент муфты. Так как момент, передаваемый ЭМФМС, практически почти не зависит от величины скольжения, то уравнение движения ведомой части ЭПМ имеет вид: J -JL. = м - Мс , dt (3.4) где J - момент инерции вращающихся масс, приведенный к ведомому валу муфты; Пі — скорость вращения ведущей части муфты; П2 — скорость вращения ведомой части муфты; Мс - момент сопротивления на ведомом валу муфты. Момент, передаваемый муфтой, определяется величиной напряжения Uy, приложенного к обмотке возбуждения. В системах автоматического регулирования обычно привод выбирается таким образом, чтобы движущий момент значительно превосходил момент сопротивления, т.е. исходя из этого, можно принять Мс=0. Тогда уравнение переходного процесса будет иметь вид: dt dt где K=Cu/J - коэффициент передачи муфты. Переходя к преобразованию Лапласа, получим: KUy=p(p Тм+1)п2 (3.6) Таким образом, передаточную функцию ЭМФМС относительно скорости П2 можно записать: W,Sp) = f\= (3.7) Относительно угла поворота ф выходного вала передаточная функция ЭМФМС имеет вид: W,(p) = (3.8) р(р) к Uy{p) Р2(1 + РТМ) Следовательно, передаточная функция ЭМФМС по углу поворота ведомой части представляет собой произведение передаточных функций трех звеньев: инерционного и двух интегрирующих. Численный расчет коэффициента передачи муфты К и постоянной времени Тм приводится далее. Муфта предназначена для работы в системе автоматического регулирования при изменяющемся токе управления в режиме непрерывного скольжения. Коэффициент ускорения муфты принимается у 200000 сек"2. Статическая характеристика муфты должна отличаться высокой линейностью и значением Мо 0,5% Мн, расчетный момент Мн=1 кг-м; ток управления 1у=0,04-,045 А; напряжение U 120 В; частота вращения ni=const=1500 об/мин.
В качестве материала магнитопровода выбирается кремнистая сталь ХВП (для уменьшения вихревых токов в сплошном магнитопроводе). Наполнителем является карбонильное железо, покрытое окисью кремния, с dcp=8,7 мк, насыпным весом 4,5 г/см , с окисью цинка в качестве разделителя при весовом соотношении 40:1. Согласно табл. 3.1, 5=0,8; b/Ds=0,15; і5=7,5Т0"6 Гн/м. Таблица 3. Выбираем Кз=1 и Крж=0,6 при работе муфты в режиме скольжения. Принимаем наружный диаметр ведомой части ЭМФМС равный 90 мм, внутренний 84 мм. Тогда b5=0,15, Ds=13 мм. їм н т а = п з (3-9) пк РЖ к вк з mD Подставляя числовые значения и вводя для вращающего момента коэффициент запаса, равный 1,4, получим: 9.1 4 «1 -10 TS = - = 7900кг/м2 =0,79кг/см2 (ЗЛО) я--0,6-0Д5-1-2-8,53 Значение кт=1,1 согласно изложенному выше. Линейная скорость ведомой части ЭМФМС в порошковом слое ж п. Ds яг-1500 . _ _ ..2 _ __ , и = 1—5- = 4,25-10 2 = 6,61м I сек (3.11) 30 2 30 KV=0,9 - коэффициент, учитывающий линейную скорость ротора в рабочем зазоре; кт=1 - коэффициент, зависящий от плотности наполнителя и размера зазора 5; п=1,2 - показатель степени, зависящий от плотности наполнителя и размера зазора 5. 0 79 в" = ЇГЇ ГЇ=0 Тл (ЗЛ2 или В I 2 = 0,836 Тл (3.13) Намагничивающая сила, необходимая для того, чтобы провести магнитный поток через рабочие зазоры: _Bg_= 0,836 -IP"2 /і/ 9 7,5-Ю"6 F9 = - - , =-2- —35--1,6 = 178 (3.14) Суммарная н. с. FH = J] Ft = 228 ,52 Л (3.15) Принимаем с запасом FH=235 А. Определим число витков обмотки возбуждения и диаметр обмоточного провода, принимая 1у=0,04 А. Число витков обмотки возбуждения со 235 = 5870 (3.16) 0,04 Площадь окна под обмотку возбуждения, принятая в конструкции муфты, равна: S0=2,9-1,4=4,06 см2. (3.17) При коэффициенте заполнения к=0,7 площадь витков обмотки возбуждения должна быть равна: SK=0,7-S0=0,7-4,06=2,84 СМ2. (3.18) Диаметр изолированного провода d = J - = J4 2 84 = 0,0248 см = 0,248 мм. (3.19) " \п-т V5870- Выбираем провод ПЭВ-1 диаметром 0,21 мм ((1 =0,24). Падение напряжения в обмотке возбуждения U=IyR=0,04-680=27 В. (3.20) Так как падение напряжения мало и плотность тока незначительна, то можно уменьшить диаметр провода. При проводе марки ПЭВ-2 d=0,14 мм и с1и=0,17 мм 4-0,7-4 06 = п -0,17 (3.21) 7 3 10 "2 (3.22) R = 0,0185 — = = 12500 = 3420 Ом 0,142 Принимая окончательно со=12000, получим R=3200 Ом и U=0,04-3200=128 В, что соответствует заданному требованию. При подаче на обмотку управления постоянного напряжения ток управления возрастает по экспоненте с постоянной времени
1 Разработка датчика ПУН с распределенным чувствительным элементом и устройства распознавания вида ПУН
При выборе элементной базы и разработке общей принципиальной схемы помехозащищенного устройства обнаружения и распознавания вида перекоса уточных нитей учитывалось то, что датчик перекоса уточных нитей работает в режиме допускового контроля, а его чувствительные элементы формируют на выходе сигналы нулевого и единичного уровня, которые обрабатываются логическим блоком для распознавания вида перекоса. С учетом этого, возможно осуществить формирование сигналов нулевого и единичного уровня по всему каналу "чувствительный элемент - блок сопряжения - логический блок - выходной блок", учитывая при этом место расположения соответствующего блока, т.е. размещение чувствительных элементов вблизи объекта контроля, а остальных блоков - в корпусе прибора контроля и правки перекоса уточных нитей [36]. Структурная схема инфракрасного оптоэлектронного преобразователя в датчике обнаружения перекоса уточной нити представлена на рис. 4.1. Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, подключенный посредством импульсного усилителя мощности 2 к светодиоду 3. частота импульсного генератора 1 составляет порядка 10к Гц, что вдвое больше частоты модуляции потока излучения уточными нитями с учетом возможных максимальных значений скорости движения ткани и числа уточных нитей на 1 см ткани, т.е. плотности по утку. В качестве источника излучения инфракрасного потока применен инжекционный полупроводниковый светодиод 3 с монохроматическим потоком излучения Х=0,92 мкм. Питание светодиода 3 импульсным током позволяет получить 100% модуляцию излучаемого с достаточной мощностью инфракрасного потока. ткань выход Рис. 4.1. Инфракрасный оптоэлектронный преобразователь перекоса уточной нити. Испускаемый светодиодом 3 поток направляется на ткань с помощью излучающих плоского световода 4 и конического световода 5. Блок приемника с преобразователем содержит приемные световоды: плоский 6 и конический 7, по которым поток излучения, прошедший через ткань, передается на фотодиоды соответственно 8 и 12. Первый подключен на вход импульсного усилителя 9 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого связан с формирователем 10. Фотодиод 12 посредством импульсного усилителя 11 соединен с управляющим входом импульсного усилителя 9, что позволяет изменять его коэффициент усиления.
Светодиод 3 вмонтирован в коническую часть излучающего световода, который разветвляется на плоский 4 и конический 5 световоды. Излучающий на ткань поток торец плоского световода 4 выполнен в виде щели длиной 70мм и толщиной порядка 0,3 мм, а торец конического световода 5 имеет круглое сечение с диаметром порядка 20мм. Аналогичную конструкцию образуют приемные световоды 6 и 7 с тем отличием, что они разделены друг от друга и подключены к соответствующим фотодиодам 8 и 12.
Таким образом, как и в известных конструкциях щелевых датчиков прекоса уточной нити амплитуда преобразованного светового потока фотодиодам 8 и усиленного импульсным усилителем 9 сигнала при прохождении уточных нитей в зоне излучающего и приемного плоских световодов 4 и 6 будет зависеть от положения уточных нитей, т.е. их перекоса, а также от плотности ткани. Так как часть потока излучения светодиода 3 проходит через ткань по коническим световодам 5 и 7, имеющим достаточную площадь излучающей и приемной поверхности, то амплитуда сигнала на выходе импульсного усилителя 11 будет определяться только плотностью ткани и не зависеть от положения уточных нитей. Использование этого сигнала в качестве управляющего коэффициентом усиления импульсного усилителя 9 в функции плотности ткани уменьшается влияние поглощающих свойств ткани и исключает настройку инфракрасного преобразователя перекоса уточной нити на различные артикулы ткани [37]. Экспериментальная проверка инфракрасного оптоэлектронного преобразователя перекоса уточной нити была осуществлена в лабораторных условиях на тканях с плотностью по утку от 6 до 28 уточин на 1 см 20-150 текс. 4.2 приведены зависимости выходного сигнала для двух характерных образцов ткани: 1 — сукно полотняного переплетения арт. 4407, уток 130 текс, плотность по утку 16 нитей/см, вес 1 м2 ткани 437 г, уток шерстяной, основа хлопчатобумажная; 2 — платочная ткань арт. 12012, уток 10 текс, плотность по утку 33 нити/см, вес 1 м2 ткани 57 г, уток и основа натуральный шелк; 3 - для тех же артикулов ткани при введении корректирующего сигнала по плотности материала. Образцы ткани отличались по плотности почти в 8 раз, а по толщине уточных нитей — почти в 13 раз. Анализ зависимостей показывает, что без введения корректирующего сигнала по плотности ткани преобразователь обладает достаточной чувствительностью к перекосу утка в пределах от 0 до 4, т.е. может фиксировать перекос уточных нитей на легких и тяжелых тканях с индивидуальной градуировкой на соответствующий артикул. Корректирующий сигнал по плотности материала позволяет при сохранении чувствительности преобразователя получить единую градуировку и исключить настройку его на соответствующий артикул ткани. Из графика можно также определить чувствительность преобразователя, т.е. изменение выходного напряжения в функции угла перекоса Ks=f(a), которая представлена на рис. 4.3. Таким образом, при использовании компаратора с инвертирующим выходом возможно формирование "нулевого" сигнала, соответствующего допустимому углу перекоса, и "единичного" сигнала, соответствующего достижению максимального (недопустимого) перекоса уточных нитей. Это позволяет получить соответствующие коды о виде перекоса с нескольких чувствительных элементов датчика ПУН. В известных устройствах со щелевыми диафрагмами настройка на группу артикулов ткани или непосредственно на соответствующий артикул осуществляется путем диафрагмирования, т.е. изменения ширины щели
