[发明专利]一种判断送丝风机抖振的综合分析及其验证方法

说明书

本发明涉及一种卷烟风力送丝领域，尤其涉及送丝风机抖振判断的综合分析及其验证方法。该方法将约束式预期控制引入到对判断送丝风机抖振的综合分析及其验证方法中，通过对预期控制系数σ和模态量化系数c推演出引起风机抖振的发生过程，较好的解决了短时间、偶发性和高频次等因素影响下的风机抖振原因不确定、分析不准确及验证难以实现的问题。

技术领域

本发明涉及一种卷烟风力送丝领域，尤其涉及送丝风机抖振判断的综合分析及其验证方法。

背景技术

烟丝是制造卷烟的重要原料之一。在卷烟生产过程中，首先烟丝经过切割、发酵、加湿、添加成分、烘干等工艺流程，通过输送环节到达卷烟机集丝箱；然后卷烟机通过烟丝成型后形成烟条，再由重量控制系统将烟条切割成重量均等的卷烟，最后卷烟通过包装机形成小包和大条。这个过程中，烟丝作为重要的和唯一的流通介质，所以在输送环节中烟丝是否能够保质保量是决定卷烟产品质量高低的重要因素之一。

风力送丝由于其具有响应速度快、配置灵活、可靠性高等特点被大多数烟草企业所采用，风力送丝依靠送丝风机提供负压吸风，将集丝箱内的烟丝通过送丝管道送往卷烟机生产卷烟，在此过程中，送丝风机受电流波动和风管内风阻影响，送丝风机会产生抖振，当风机产生抖振时，原本匀速规则的空气流会变得不稳定，产生很多不规则的乱流，称作“紊流”。虽然紊流的产生时间相对整个吸丝过程时间微不足道，但仍然会造成烟丝输送的异常，异常现象表现在：当吸丝风速偏低时，就容易产生烟丝偏少或烟丝堵塞的现象，最终导致卷烟机停机；当吸丝风速偏高时，就会增加烟丝与管壁的碰撞与摩擦，增加烟丝的造碎，直接影响烟丝的长丝率等工艺质量指标。另外，频繁的抖振会损坏风机风叶，加速风机内运动部件磨损。一般风机的抖振频率都是由低到高，不间断发生，为此，如何结合风机动力学特性，避免风机抖振，是研究送丝过程稳定性的难题，参考其它设备减小抖振的方法，对此提出的方法有很多。例如安徽科技学院(乔印虎,易克传,等.智能材料的风机叶片振动主动控制分析[J].检测与控制,2009,(9):118-120)提出两种减小设备抖振的控制策略，即主动阻尼策略和变频控制策略，主动阻尼策略通过调整阻尼比使抖振得到有效衰减或抑制，变频控制策略通过保证系统的主要振动模态不被激发或强迫振动能量向着易于耗散的模态传递，从而达到控制抖振的目的。广东工业大学(李忠娟,张新政.变结构控制理论中抖振问题的研究[J].五邑大学学报,2003,17(3):66-69)在分析了常见的四种用于削弱抖振的方法后，提出了基于模糊神经的抖振方法并利用仿真结果以证明。北京理工大学(于亚男,孙博,等.基于新型趋近律的挠性航天器滑模变结构控制[J].航天控制,2013,31(5):62-68)针对应用切换函数带来的挠性航天器滑模变结构控制力矩的高频抖振问题，提出了应用模糊逻辑对改进后的指数趋近率进行自适应智能处理，从而抑制控制力矩的高频抖振。哈尔滨工程大学(金鸿章,罗延明,等.抑制滑模抖振的新型饱和函数法研究[J].哈尔滨工程大学学报,2007,28(3):288-291)提出了一种具有动态边界层的饱和函数控制方法，该方法可使边界层随状态轨迹的收敛而逐渐收缩，从而降低状态轨迹中的抖振频率。中国矿业大学(郑车晓,孙伟,等.变结构控制一种抑制抖振的方法设计[J].中国科技论文在线,2011)设计了一种将趋近律与传统PID控制方法及采用饱和函数为切换函数的传统变结构控制进行比较，从而得到一种新的具有良好控制效果的削弱抖振的方法。西安电子科技大学(申宇.滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制[D].西安电子科技大学学士学位论文,2012)提出了一种采用广义描述函数法稳定判据和变结构切换增益自适应调节方法，用来设计具有较小抖振特性的齿隙补偿控制器和两类二阶采样变结构控制器。军械工程学院(席雷平,陈自力,等.具有抖振抑制特性机械臂快速滑模变结构控制[J].电机与控制学报,2012,16(7):97-102)提出了一种基于新型滑模面和模糊幂次趋近律的滑模变结构控制策略，提高了滑模变结构控制滑动运动阶段的收敛速度，能够在保证抖振抑制效果的前提下,提高系统的趋近运动速度。福州大学机械工程及自动化学院(童超,陈力.基于模糊幂次趋近律的漂浮基空间机器人快速滑模变结构控制[J],2015,10(3):45-51)讨论了一种基于模糊幂次趋近律的快速滑模变结构控制方法，该方法能够使机械臂抖振抑制的效果明显,同时也保证了系统的轨迹跟踪控制效果。清华大学(杨普,张曾科.一类滑模变结构控制系统的抖振控制[J],2005,45(1):34-42)通过分析指数趋近率下滑模变结构控制的抖振过程，给出了抖振幅度、周期和趋近率参数、控制量的变化率之间的定量关系，以减弱塞棒以一定幅度和频率的抖振。湖南工业大学(黄华,李光,等.基于趋近律的机械臂滑模控制方法研究[J],2013,27(1):62-66)分析和设计了指数趋近律，以此为基础，研究和优化了机械臂的运动学特性，减小机械臂在运动过程中的抖振。