DE4202352A1

DE4202352A1 - Verfahren und vorrichtung zur regulierung eines streckwerkes

Info

Publication number: DE4202352A1
Application number: DE4202352A
Authority: DE
Inventors: Joachim Daemmig
Original assignee: Rieter Ingolstadt Spinnereimaschinenbau AG
Current assignee: Rieter Ingolstadt GmbH
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-08-05
Also published as: DE59205698D1; US5384934A; ES2086057T3; EP0553483A1; EP0553483B1; JP3358840B2; CZ9693A3; JPH06200426A

Description

Die Erfindung betrifft die Regulierung eines Streckwerkes der Textilindustrie, in welchem der Verzug des Faserbandes gesteuert und/oder geregelt veränderbar ist. Der Begriff der Regulierung umfaßt hier das Steuern und/oder Regeln des Verzugs. Die Regulie rung soll Umwelteinflüsse und maschineninterne Einflüsse so kor rigieren, daß die dadurch bedingten Fehler auf den Verzug zuver lässig kompensiert werden.

Die Entwicklung von Reguliersystemen für den Verzug eines Faser bandes bringt nach dem Stand der Technik eine Vielzahl von spe zialisierten Steuerungen und Reglern hervor, die meist einzelne, spezialisierte Aufgaben der Gesamtheit eines Reguliersystems be herrschen.

Jedem dieser Reguliersysteme für ein Streckwerk liegt die Formu lierung eines Prozeßmodells zugrunde, sowie die Beobachtung und Auswertung der Reaktionen des Streckwerkes auf die Steuergrößen, um letztlich die Übertragungscharakteristik des Reglers zu opti mieren (vgl. EP 4 12 448).

In diesem Zusammenhang beschreibt der Regelalgorhithmus die Be ziehungen zwischen den beteiligten Größen. Diese Methode ist sehr effektiv, wenn die Beziehungen zwischen den Größen einfach, d. h. gut formulierbar und hinreichend bekannt sind. Letzteres ist für die Nachbildung von technischen Prozessen wie beispielsweise der Regulierung eines Streckwerkes aufgrund der Komplexität prozeßbe einflussender Faktoren schwierig. Solche beeinflussenden Faktoren, die bisher in der Streckwerksregulierung nicht zuverlässig und on-line kompensiert werden konnten, sind beispielsweise

- Temperatur an der Tastrolle,
- Luftfeuchtigkeit auf das Faserband,
- Stillstandszeit des Faserbandes zwischen den Tastrollen,
- Standzeit faserbandgefüllter Vorlagekannen,

so daß die Bemühungen nach Optimierung des Regelalgorhithmus in praxis mit wachsenden Problemen der Meßwertredundanz oder der Re gelkreisstabilität konfrontiert werden.

Einige dieser Einflußfaktoren seien kurz erläutert:

- Temperatur:
Für die Tastrolle zum Fühlen der Faserbanddicke ist die maß gebliche Temperatur nach dem Maschinenstart die Umgebungstem peratur. Nach dem Start verändert sich die Temperatur der Ta strolle. Durch Reibung mit dem Faserband erhöht sich die Tem peratur bis sie Betriebstemperatur erreicht. Je nach Umge bungstemperatur ist der zeitliche Übergang bis auf Betriebs temperatur schneller oder langsamer. Diese Temperaturänderung (mit nicht bekannter Zeitkonstanten) beeinflußt die Feder kraft der Tastrolle und somit die Auslenkung der beweglichen Rolle der Tastrolle, so daß das tatsächliche Meßergebnis be einflußt wird.

Diese Temperaturänderung beeinflußt auch die Gleit- oder Rollreibungswerte des Tastrollenlagers.

Würde man zwei gleichartige Streckwerke mit dem selben Regel algorhithmus in getrennten Produktionsräumen mit unter schiedlicher Umgebungstemperatur starten, würde man für die Zeit bis zum Erreichen einer stabilen Betriebstemperatur feststellen, daß der Verzug eines Faserbandes unterschiedlich reguliert wird. Ursache ist der unterschiedliche Einfluß der Temperatur auf die Federkraft der beweglichen Rolle der Ta strolle.

-Stillstandszeiten der Maschine sind Stillstandszeiten für das Faserband zwischen den Tastrollen, d. h. diese Zeiten begün stigen Veränderungen der Dicke des Faserbandes infolge unter schiedlicher Zeitdauer der Klemmung durch die Tastrollen.
-Standzeit faserbandgefüllter Vorlagekannen ist die Zeit von der Füllung bis zur Weiterverarbeitung an der Strecke. Werden solche Vorlagekannen zwischengelagert und nicht sofort zur Weiterverarbeitung verwendet, unterliegen sie einer Umweltbe einflussung (Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit). Diesen Sachverhalt beschreibt auch die DE-OS 39 19 284. Je nach Zeitdauer der Einwirkung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ändern sich die Eigenschaften des Faserbandes.

Durch das Eigengewicht des Bandes wird das Band in Abhängig keit der Füllhöhe (auf einen längeren Zeitraum betrachtet) unterschiedlich gedrückt.

Diese Einflüsse führen zu Meßfehlern am Meßglied, denn für die Verarbeitung von Größen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Still standszeit und Kannenstandzeit existiert kein mathematisches Pro zeßmodell. Die auf Basis solcher mathematischen Prozeßmodelle ar beitenden Reguliersysteme an einer Strecke können die beschriebe nen Einflüsse auf die Meßsignale nur unbefriedigend kompensieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, Meßsignale der Regulierung an einem Streckwerk zu korrigieren, so dar der Verzug des Faserbandes wei ter optimiert werden kann.

Der Meßwert für die Faserbanddicke von einer Meßeinrichtung an der Strecke ist aufgrund o.g. Einflußfaktoren je nach Meßprinzip unterschiedlich fehlerbehaftet.

Im folgenden wird beschrieben wie die an der Eingangs-Tastrolle (Tastrolle in Nähe des Eingangs des Streckwerkes) entstandenen Meßfehler durch die Fuzzy-Control minimiert werden.

Zum bestehenden Reguliersystem der Strecke wird erfindungsgemäß eine Fuzzy-Control geschaltet. Fuzzy-Control ist eine Signalver arbeitung, die das Meßsignal mit den Einflußfaktoren verknüpft, mittels Fuzzy-Logik bewertet und einen Korrekturwert bildet. Die se Fuzzy-Control erhält das von der Eingangs-Tastrolle gelieferte Meßsignal nach dem A/D-Wandler direkt, ebenso das von der Aus gangs-Tastrolle gelieferte Meßsignal. Zur Synchronisation der Meßsignale mit dem Faserbanddurchlauf liefert der Impulsgeber seine Takte an die Fuzzy-Control. Einen weiteren Input in die Fuzzy-Control stellen daß mindestens die Einlußfaktoren

- Temperatur der Tastrolle,
- Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Faserbandes,
- Stillstandszeit des Faserbandes zwischen den Tastrollen,
- Standzeit faserbandgefüllter Vorlagekannen,
- Materialeigenschaften des Faserbandes und
- die Liefergeschwindigkeit des Streckwerkes.

Es könnten aber weitere, hier nicht benannte Einflußfaktoren, als Input verwendet werden.

Die Fuzzy-Control realisiert die für ein Streckwerk erforderliche Signalverarbeitung nach der Fuzzy-Logik.

Dazu werden die ankommenden Meßsignale fuzzyfiziert, um anschlie ßend in der Inferenz gewichtet und mittels aus Expertenwissen formulierten Fuzzy-Regeln miteinander verknüpft zu werden. In der Defuzzyfizierung wird ein Signalkennwert geliefert, der ein Maß für den gesuchten Korrekturwert ist.

Erfindungsmerkmal ist, daß das einflußbehaftete Meßsignal vom Meßglied (Tastrolle) kommend noch vor Weiterverarbeitung im FIFO- Speicher on-line korrigiert ist. Diese Korrektur erfolgt in einer dem FIFO-Speicher vorgeschalteten Stufe der digitalen Multiplika tion zwischen Meßsignal und Signalkenngröße des Korrekturwertes. Die Fehler durch die Einflußfaktoren F1 bis F5 sind somit korri giert.

Ist im Ausgangssignal einer Verzugsregulierung der Fehler in ver änderter Form weiter vorhanden, so kann nach Lage und Form der Veränderung auf Regeleinsatzpunkt (FIFO-Länge) und Regelverstär kung geschlossen werden. Zu diesem Zweck verändert die Fuzzy-Con trol im on-line Betrieb gegenüber dem konventionellen Reguliersy stem dessen ermittelten Regeleinsatzpunkt durch Veränderung der FIFO-Länge im elektronischen Gedächtnis und/oder die Regelver stärkung im Steuergerät.

Sind im Ausgangssignal periodische Fehler vorhanden, die im ein laufenden Band nicht vorhanden sind, so wird durch die Fuzzy-Con trol ein Fehler der Maschine angezeigt.

Die Fuzzy-Control kann als Analogrechner mit diskreten Transist technik, mit Gate-arrays mit konventionellen Mikroprozessoren mit Signalprozessoren oder mit speziellen Fuzzyprozessoren aufgebaut werden. Dabei können die Verzugsregulierung und die Korrektur werterzeugung mittels Fuzzy-Control auch innerhalb einer entspre chend leistungsfähigen CPU verwirklicht werden (z. B. Signalpro zessor).

Die Verzugsregulierung erfolgt dann Interruptgesteuert über den Maschinentakt. Der Fuzzy-Control steht dann die restliche Rechen kapazität zur Verfügung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Darstellung der funktionellen Verbindungen einer Regu lierung an einem Streckwerk mit der Fuzzy-Control,

Fig. 2 Prinzipieller Ablauf einer Fehlergrößenermittlung nach Fuzzy-Logik,

Fig. 3 wesentliche Hardware einer Fuzzy-Control und deren Schnittstellen,

Fig. 4 Momentane Zustände einer Tastrollenkorrektur entspre chend Inferenz.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung, daß das Faser band 1 in die Eingangs-Tastrolle 2 einläuft und zwischen den drei Walzenpaaren 3 des Streckwerkes verzogen wird. Am Ausgang des Streckwerkes ist eine Ausgangs-Tastrolle 4 installiert. Fig. 1 zeigt weiterhin eine konventionelle Steuerung des Verzugs. Unab hängig von der Steuerung ist im konventionellen Reguliersystem über die Ausgangs-Tastrolle ein Sliver-Monitor 18 installiert, der bei Grenzwertüberschreitungen den Hauptmotor 5 stillsetzen kann.

Zum bestehenden Reguliersystem der Strecke wird erfindungsgemäß eine Fuzzy-Control 19 geschalten. Die Schnittstellen zum konven tionellen Reguliersystem, die für die Fuzzy-Control einen Input darstellen, sind die Leitung 20 für das Meßsignal von der Ein gangs- Tastrolle, sowie unter Zwischenschaltung eines A/D-Wand lers 17 die Leitung 22 für das Meßsignal der Ausgangs-Tastrolle 4. Weiterhin wird die Faserbandgeschwindigkeit über den Impulsge ber 14 ebenfalls über die Leitung 21 an den Fuzzy-Control 19 übermittelt. Als weiterer Input werden die Signale für Temperatur F1, Luftfeuchtigkeit F2, Stillstandszeit der Maschine F3, Stand zeit gefüllter Vorlagekannen F4 und Materialeigenschaften des Fa serbandes F5 geliefert.

Die über den Impulsgeber 14 übermittelte Liefergeschwindigkeit und den Signalen F1, F2, F3, F4 und F5 werden in der Fuzzy-Con trol zum Tastrollen-Korrekturwert 25 berechnet.

Ebenfalls mit Fuzzy-Logik werden über die Leitung 20 21 und 22 die Größen für FIFO-Länge 23 und Regelverstärkung 24 erzeugt.

Fig. 2 zeigt hierzu für die Korrektur des Meßsignals von Ein gangs-Tastrollen die charakteristischen Schritte.

Fuzzyfizierung

Jedes Meßsignal hat im Rechner mindestens eine, als Matrix abge bildete Funktion. Die X-Skalierung dieser Funktion hat eine num merische Entsprechung in dem eingehenden Meßsignal. Die Y-Skalie rung entspricht dem Wahrheitsgehalt und kann jeden Wert zwischen 0 und 1 annehmen. Die Änderung der Funktion beinhaltet Experten wissen und entspricht der Bewertung für die Einflußgröße.

Inferenz

Die nachfolgende Inferenz verknüpft auf Grund von empirischem technologischem Wissen der Einflußrichtung und Stärke die momen tanen Zustände in den Diagrammen. Das kann zum Beispiel folgen dermaßen aussehen:

Regel 1 Temperaturgang der Mechanik

WENN Stillstandszeit = kurz UND Temperatur = normal DANN Korrekturwert = wenig positiv.

Regel 2 Materialabhängige Pressung

WENN Stillstandszeit = kurz UND Materialkonstante = Baumwolle DANN Korrekturwert = mittel positiv.

Regel 3 Aufquellen von Baumwolle

WENN Kannenlagerzeit = hoch UND Luftfeuchtigkeit = feucht UND Material = Baumwolle DANN Korrekturwert = mittel negativ.

Regel 4 Geschwindigkeitsabhängigkeit

WENN Lieferung = klein DANN Korrekturwert = grob positiv.

Ausgehend von diesen Fuzzy-Regeln könnte der Wahrheitsgehalt der Regeln beispielsweise im praktischen Fall wie folgt ausfallen:

Regel 1

Stillstandszeit sei 10 Minuten - Wahrheitsgrad 0.5 -

Defuzzyfizierung

Rückübersetzung der in der Inferenz ermittelten Aussage, die ei nen Signalkennwert darstellt, der Maß für den Korrekturwert ge genüber dem Meßsignal ist. Ausgehend vom Beispiel ergibt sich ein momentaner Korrekturwert von +1,3 Prozent (vgl. Fig. 4).

Das über die Leitung 21 gelieferte Signal der Liefergeschwindig keit wird mit den Faktoren F1 bis F5 nach Fuzzy-Logik in Fuzzy- Control verarbeitet. Die Fuzzy-Control liefert dazu einen Tast rollen-Korrekturwert 25 in den Multiplizierer 15 für die Kor rektur des fehlerbehafteten Meßsignals. Am Ausgang des Multipli zierers 15 kommt das korrigierte Meßsignal heraus. Somit liegt als Eingangsgröße für die nachfolgende konventionelle Steuerung ein in Echtzeit und in Abhängigkeit der Einflußfaktoren F1 bis F5 und Leitung 21 korrigiertes Meßsignal vor. Dieses Meßsignal wird dem FIFO-Speicher 13 zugeführt und wird in der bekannten Soll wert-Stufe 12 verzögert weiterverarbeitet. Die Sollwert-Stufe 12 erhält vom Leittacho 6 des Hauptmotors 5 das Signal für die aktu elle Liefergeschwindigkeit.

Der weitere Ablauf steht im Zusammenhang mit der Analyse eines Ausgangssignals bei Verzugskorrektur. Ist im Ausgangssignal, dar über die Tastrolle 4 gebildet wird und über die Leitung 22 der Fuzzy-Control 19 zugeführt wird, der Fehler in veränderter Form weiter vorhanden, so kann nach Lage und Form der Veränderung die Fuzzy-Control 19 den Korrekturwert für Regeleinsatzpunkt (FIFO- Länge) 23 und/oder Regelverstärkung 24 verändern. Der ermittelte Korrekturwert für den Regeleinsatzpunkt 23 wird direkt dem FIFO- Speicher 13 zugeführt und bewirkt dort mit Korrektur der FIFO- Länge eine Änderung des Regeleinsatzpunktes. Das Ausgangssignal vom FIFO-Speicher 13 gelangt über die Sollwert-Stufe 12 in einen Multiplizierer 11. Für den Fall, dar ebenso die Regelverstärkung korrigiert werden muß, liefert die Fuzzy-Control 19 den Korrek turwert für die Regelverstärkung 24 in den zweiten Eingang des Multiplizierers 11. Der Ausgang des Multiplizierers 11 liefert eine korrigierte Regelverstärkung an das Steuergerät 10. Das Steuergerät 10 wirkt auf den Regelmotor 7 mit Istwert-Tacho 8, so dar in Verbindung mit dem Planetengetriebe der Verzug verändert werden kann.

Denkbar, zur Ermittlung der FIFO-Länge und der Regelverstärkung, ist ein künstlicher Signalsprung bekannter Größe und Länge der am FIFO-Eingang eingefügt wird. Die folgende Antwort aus dem Meßsi gnal der Ausgangstastrolle kann dann verarbeitet werden. Dieses Verfahren ist aber nur mit Maschinenstart (Streckwert) sinnvoll, da hierbei eine begrenzte Länge unbrauchbares Material erzeugt wird.

Fig. 3 zeigt, dar die Fuzzy-Control 19 hardwareseitig aus den Baueinheiten,
Steuerprozessor und Fuzzy-Logik,
lokaler Programmspeicher,
Speicher mit Wissensbasis,
batteriegepufferter Uhr,
zusammengesetzt ist. Die Fuzzy-Control ist mit dem Rechner für die Streckwerksregulierung (Signalprozessor für die Regulierung), über ein Dualport-RAM gekoppelt. Die Einflußgrößen,
Temperatur,
Luftfeuchtigkeit,
Stillstandszeit- der Maschinen werden über einen A/D-Wandler dem Fuzzy-Control zugeführt. Die Einflußgrößen,
Standzeiten gefüllter Vorlagekannen,
Materialeigenschaften des Faserbandes,
werden über den seriellen Kanal RX von der Maschinenzentrale an den Steuerprozessor und Fuzzy-Logik übermittelt. Die Tastrolle ist mit einem Tacho gekoppelt, der die Liefergeschwindigkeit in ein Signal umsetzt, welches dem Maschinenrechner und der Fuzzy- Control übermittelt wird. Über einen A/D-Wandler werden die Meß signale der Meßglieder (Eingangs-Tastrolle, Ausgangs-Tastrolle) dem Maschinenrechner und zugleich aber das Dualport-RAM dem Fuz zy-Control zugeleitet. Die in der Fuzzy-Control ermittelten Kor rekturwerte für das Meßsignal, dem Regeleinsatzpunkt und die Ver stärkung werden über den Dualport-RAM an den Signalprozessor für die Regulierung übergeben und somit der Regelmotor mit den korri gierten Signalen gesteuert.

Die in der Fuzzy-Control ermittelten Korrekturwerte werden zu gleich über den seriellen Kanal TX des Steuerprozessor an die Ma schinenzentrale übermittelt.

Claims

1. Verfahren zur Regulierung eines Streckwerkes, wobei Meßsigna le zur Dicke des Faserbandes am Streckwerkseingang und -aus gang erfaßt und im Reguliersystem verarbeitet werden, gekenn zeichnet dadurch, daß die Meßsignale zur Dicke des Faserban des, die von einem Meßglied außerhalb des Streckwerkes gebil det werden zusammen mit Einflußfaktoren, die diese Meßsignale beeinflussen, in einer Fuzzy-Control erfaßt, nach den Fuzzy- Regeln einer Wissensbasis verknüpft und gewichtet werden, so daß der gebildete Wert ein Korrekturwert für das Meßsignal ist und das Meßsignal noch am Ausgang des Meßgliedes und vor Weiterverarbeitung im Reguliersystem on-line korrigiert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur der Tastrolle ein Einflußfaktor ist, der als Si gnal erfaßt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Faserbandes ein Einflußfak tor ist, der als Signal erfaßt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stillstandszeit des Faserbandes zwischen den Tastrollen ein Einflußfaktor ist, der als Signal erfaßt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Standzeit faserbandgefüllter Vorlagekannen ein Einflußfaktor ist, der als Signal erfaßt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialeigenschaften des Faserbandes als Signale erfaßt wer den.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Liefergeschwindigkeit des Streckwerkes als Signal erfaßt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Control die erfaßten Meßsignale der Faserbanddicke mit mindestens den Einflußfaktoren

- Temperatur der Tastrolle,
- Luftfeuchtigkeit der Umgebung des Faserbandes,
- Stillstandszeit des Faserbandes zwischen den Tastrollen,
- Standzeit faserbandgefüllter Vorlagekannen,
- Materialeigenschaften des Faserbandes,
- Liefergeschwindigkeit des Streckwerks, nach der Fuzzy-Logik verarbeitet.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fuzzy-Control ein Speicher als Wissensbasis nach der Fuz zy-Logik arbeitet, wobei zur

- Ermittlung des Temperaturganges der Mechanik von Meßglie dern die Einflußgrößen

Stillstandzeit der Maschine und Temperatur,
in einer Fuzzy-Regel verarbeitet,

- Ermittlung der materialabhänigen Pressung des Faserbandes die Einflußgrößen,

Stillstandzeit der Maschinen,
Materialkonstante des Faserbandes in einer Fuzzy-Regel verarbeitet,

- Ermittlung des Aufquellens von Faserbandmaterial mindestens die Einflußgrößen,

Lagerzeit gefüllter Vorlagekannen und Luftfeuchtigkeit,
in einer Fuzzy-Regel verarbeitet,

- Ermittlung der Liefergeschwindigkeitskorrektur die Einfluß größe,

Momentane Liefergeschwindigkeit in einer Fuzzy-Regel verarbeitet
und in der Inferenzstufe aus diesen vier Regeln der Korrek turwert für das Meßsignal ermittelt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal aus dem Meßglied mit dem Korrekturwert aus der Fuzzy-Control in einer digitalen Multiplikation unmittelbar vor dem Eingang des FIFO-Speichers verknüpft wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Steuerung des Verzuges über das Meßglied am Streck werksausgang das Antwortsignal einer Stellhandlung am Verzug erfaßt und der Fuzzy-Control zur Signalanalyse zugeführt wird, wobei Veränderungen von Lage und Form des Antwortsi gnals eine Korrektur des Regeleinsatzpunktes und der Regel verstärkung zur Folge haben.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung mit einer Fuzzy- Control verbunden ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuzzy-Control einen Speicher mit Wissensbasis hat.