摘  要：線性自抗擾控制器參數簡化，調節簡單，符合實際工程應用要求。本文把簡化的線性自抗擾控制器應用到粗紗機卷繞速度控制之中，實踐表明，該控制器能有效地保證卷繞線速度恒定，改善粗紗的卷繞質量。
　　關鍵詞：線性自抗擾控制器（LADRC）；粗紗機；線速度控制
　　The Application of Linear Auto Disturbance Rejection Controller
　　For Flyer Frame
　　Abstract: The parameters of the simplified LADRC are easy to regulate and the needs of the projects are satisfied in practice. In this paper, the simplified LADRC is used to control the velocity of flyer frame and the results show that it is effective to keep the line velocity constant and to improve the quality of yarn.
　　Key words:  Linear Auto Disturbance Rejection Controller (LADRC); Flyer Frame; velocity control
　　1．引言
　　紡紗工程現代化的趨向是高速、高效、大牽伸、大卷裝、自動化、連續化、機電一體化。粗紗機作為傳統紡紗體系中不可缺少的工序，傳統的單機傳動方式是由一個主電機通過若干輪系分別傳動牽伸機構，結構十分復雜。一方面機械傳動效果并不精確，另一方面耗用較多的動力。目前，新型粗紗機由電子計算機控制的四個變頻調速電機，分別傳動牽伸系統、筒管系統、錠翼系統及龍筋升降系統，使粗紗的牽伸、卷繞成形完全受控于電子計算機。計算機根據粗紗工藝及卷繞成形的軟件指令控制各電機的速度，精確完成粗紗的卷繞。
　　為保證粗紗卷繞質量，粗紗在卷繞過程中要保持一定張力。目前對粗紗卷繞張力控制最實用的方法就是控制筒管轉速隨著粗紗卷繞半徑不斷的變大而逐漸降低，從而保持粗紗卷繞線速度恒定。本文將簡化的線性自抗擾控制器應用在筒管轉速控制中，可以提高卷繞線速度的穩定性，有效地減少斷紗，提高粗紗卷繞質量。試驗結果證明了簡化的線性自抗擾控制在實際工程中的實用性。
　　2．粗紗機卷繞線速度控制
　　當前粗紗機的發展趨勢是四單元傳動取代傳統的單機傳動系統。四個電機由上位計算機控制，分別傳動羅拉牽伸系統，筒管系統，錠翼系統以及龍筋升降系統，使粗紗的牽伸和卷繞成形完全受控于計算機。通過計算機控制，粗紗卷繞線速度保持恒定，并與前羅拉線速度保持一定關系，從而維持卷繞張力保持恒定。
　　錠翼轉速在紡紗過程中保持不變，并決定紡紗速度快慢，是其它三部分速度設定的依據；羅拉速度與捻度有關；龍筋速度與粗紗卷繞速度有關；筒管的回轉速度由恒速部分和變速部分組成，筒管的恒速部分跟錠速相等，筒管變速部分為卷繞速度，與筒管的卷繞直徑成反比。因此筒管的轉速控制是粗紗機傳動系統控制的關鍵。
　　設筒管變速部分即筒管卷繞轉速為 ，卷繞線速度為 ，卷繞直徑為 ，同時考慮卷繞過程粗紗有一定程度伸長，其牽伸倍數為 ，前羅拉轉速為 ，前羅拉直徑 ，須條輸出速度 ，根據粗紗卷繞時，任一時間段內管紗的卷繞長度必須跟前羅拉的輸出長度相等的卷繞規律，可得：
　　( 1 )
　　即( 2 )
　　由此可得筒管卷繞速度為：
　　（3）
　　而筒管恒速部分等于錠翼轉速 ，所以筒管轉速為：
　　（4）

　3．簡化的線性自抗擾控制器（LADRC）
　　對二階被控對象：                  （5）
　　其二階ADRC方程為：
　　（6）
　　其中                                        （7）
　　（8）
　　自抗擾控制器三個組成部分均采用非線性函數，而實際上如果對其進行線性簡化同樣可以得到性能優良的控制器，而且參數減少，計算簡單。通過簡化，我們得到線性自抗擾控制器形式如下：
　　TD為                                               （9）
　　其中，x1和x2為狀態變量，v為輸入信號，適當選擇參數k1，k2就能安排對象可期望的過渡過程x1，并給出微分信號x2。
　　LESO為                                           （10）
　　擴張狀態觀測器（LESO）通過選擇合適的參數 ， 和 獲得y及其微分的估計值z1，z2。同時z3作為擴張狀態對系統的未知擾動 作出很好的估計。
　　PD控制器為                                   （11）
　　選擇適當的kP，kD構造控制輸入分量u0，從而獲得線性ADRC的控制量為：
　　（12）
　　簡化的線性自抗擾控制器繼承了ADRC的優點：
　　1）   不需要具體的數學模型；
　　2）   不需要積分環節就能實現無靜差，避免了積分反饋的副作用；
　　3）   不存在魯棒性問題。
　　除此之外，LADRC的參數大大減少，只需調節  ，    ， 和  幾個參數即可。而且  與  符合  =3～5  。
　

　　圖2(a) PID卷繞仿真（未加擾動）
　　Fig.2(a) Simulation of the PID Controller
　　(Without Disturbance)

　　圖2(b)  LADRC卷繞仿真（未加擾動）
　　Fig.2(b) Simulation of the LADRC Controller
　　(Without Disturbance)

　　圖2(c) PID卷繞仿真（加擾動）
　　Fig.2(c) Simulation of the PID Controller
　　(With Disturbance)

　　圖2(d)  LADRC卷繞仿真（加擾動）
　　Fig.2(d) Simulation of the LADRC Controller
　　(With Disturbance)
　　

         5．粗紗機卷繞速度控制

　　圖3 實測筒管轉速和直徑
　　Fig.3 the Actual Speed and Diameter of Bobbin
　　

         采用貝加萊Power Panel（ PP41）作為主控制系統，完成粗紗機的各項電氣控制功能和數據運算，采用貝加萊伺服驅動器（ACOPOS）作為調速系統，通過線性自抗擾控制器控制筒管轉速保證卷繞線速度恒定。
　　通過在上海二紡機有限公司EJK211型粗紗機上試驗，系統在LADRC控制下成功消除了現場各種干擾，如圖3所示，筒管轉速在直徑不斷增大的情況下逐漸降低，線速度保持恒定。在試驗過程中出現了三次升、降速過程，其中前兩次是人為停車，最后一次是由于斷紗而引起的故障停車。線性自抗擾控制器的應用保證了粗紗的卷繞質量，并且斷紗、壞紗情況有一定改善。
　　6．總結
　　實踐證明了簡化的線性自抗擾控制器在粗紗卷繞速度控制項目中具有很好的控制效果，尤其在具有復雜干擾環境中，自抗擾控制器表現出了良好的適應性和魯棒性。盡管在試驗中取得了良好的控制效果，但是簡化的線性自抗擾控制器在粗紗機筒管轉速控制中的應用還需要在實踐中進一步驗證。
　　參考文獻
　　[1] Scaling and Bandwidth-Parameterization Based Controller Tuning   Zhiqiang Gao Proceedings of  the American Control Conference  2003.6
　　[2] 從PID技術到"自抗擾控制"技術  韓京清  控制工程  2002.5
　　[3] 自抗擾控制器的發展  黃一，張文革  控制理論與應用  2002.8
　　[4] 自抗擾控制器在卷繞頭速度控制中的應用  王鵬飛，肖維榮  微計算機信息  2005.5
　　[5] 一般工業對象的二階自抗擾控制  要曉梅，王慶林，劉文麗，劉瑞英  控制工程  2002.9
　　[6] 自抗擾控制器的簡易實現  趙習為，慕春棣  制造業自動化  1999.12