基于卡尔曼滤波和MRAC的卷绕张力控制

蒋林军， 张 华

(1.浙江理工大学 机械与自动控制学院， 浙江 杭州 310018；2.浙江理工大学 浙江省现代纺织装备技术重点实验室， 浙江 杭州 310018)

纱线卷绕系统生产过程中，不仅要让纱线保持一定输送速度，还要保持纱线张力稳定。因为张力波动会直接影响筒纱的成型质量[1]。如果张力过小，会影响筒纱的成形；如果纱线张力过大，纱线和机件摩擦力增大，导致毛羽增多和纱线断头率增大，因此张力保持稳定具有重要意义[2]。国内外学者对张力控制都提出了各种智能控制方法。郑忠杰等针对放卷张力随卷径改变提出了一种基于对象参数观测器的张力自适应控制方法[3]。符燕辉等采用模糊PID控制方法实现纱线恒定张力输送[4]。李琳等使用基于变速趋近律的滑模变结构控策略优化张力控制，具有较强的鲁棒性[5]。Chu等研究了存在模型不确定性和外部干扰的多电机分布式卷绕系统的滑模控制策略[6]。Wang等提出了前馈补偿和内模控制PID整定方法，将纱线张力保持在微边界范围内，提高了纺织工业产品质量[7]。

纱线卷绕系统中存在的测量噪声和非线性控制干扰，传统的PID控制效果并不理想。为改善张力控制系统，课题组提出了一种基于卡尔曼滤波的模型参考自适应张力控制方法，实现了纱线张力的稳定控制，具有控制简单、抗干扰性强等特点。

1 纱线卷绕系统数学模型

纱线卷绕张力控制系统如图1所示。系统由放卷机构(放卷电机，放卷纱筒)、收卷机构(收卷电机，收卷纱筒)和张力调节系统(张力传感器，控制器)组成。……