自抗扰控制器在卷绕头速度控制中的应用

卷绕头要求恒张力恒线速度控制，采用可以代替经典PID 控制器的自抗扰控制器，它
不依赖于对象的精确模型就可以实现干扰补偿，仿真和实验结果表明，自抗扰控制器在整个卷绕过程中，具有良好的动态性能，且对负载及各种扰动都有非常好的鲁棒性。
关键字：卷绕头 线速度控制 自抗扰控制器 ADRC
高速卷绕头是化纤纺织机械中的核心部件，它对自动化控制程度和材料性能要求高，机械加工精度要求严格，卷绕头的价格一般占卷绕设备的一半以上。而国内化纤设备生产厂在开发高速度、高性能的卷绕头上，与卷绕机整机的开发相比，显得投人不足，所以我国不得不长期从德国、日本和瑞士等国家进口，且以德国巴马格、瑞士立达公司、日本村田公司、帝人公司和东丽公司的卷绕头一支独秀，占据国内大部分市场，严重制约了我国化纤产业用丝工业的发展，使得大量的金钱流入国外。目前大多数国产的卷绕头卷绕速度大都处于中低速范围（2000 m/min 以下），已不适应当前高速纺丝（3500m/min 以上）的要求，而且传统的控制方式对丝的均匀性有一定影响，容易产生毛丝、断丝，对丝的后加工工序不利，而不能满足生产工艺的要求，为此开发技术先进的全自动换筒卷绕头已势在必行。中国纺织机械器材工业协会在技术创新重点方向中，将研制高速卷绕头列在第二位，可见其重要性和紧迫性。
卷绕系统是一类具有复杂时变速度给定、跳变负载干扰、参数不确定和要求恒线速度的非线性控制系统，随着卷绕直径的增大，负载的转动惯量不断增大，系统参数也随之发生变化，很难得到其准确的数学模型，一些基于模型的先进控制方法，往往给实际应用带来很多局限性，而传统的PID控制器对于卷绕系统，也不能保证良好的抗扰性能和对被控对象参数的鲁棒性，卷装表面粗糙不平，而且蛛网丝现象较严重。因此，本文结合卷绕工艺和工程实际要求深入讨论了卷绕头控制系统的速度控制及系统抗干扰性等问题，对自抗扰控制器控制算法进行了大量的理论研究、仿真和实验，结果证实了ADRC 在工程上的实用性。