CN102556737A - 一种张力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种张力控制方法，所述张力控制方法包括：步骤1、卷带经放卷辊放卷，通过张力辊，后缠绕于收卷辊上；步骤2、获取放卷辊和收卷辊原始卷径；步骤3、获取放卷辊和/或收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径；步骤4、综合步骤2和步骤3中的输入信息进行插补运算，分别计算出卷带每缠绕L距离时放卷辊和收卷辊电机的旋转位置，并通过信息输出单元分别输出给放卷辊电机和收卷辊电机；步骤5、放卷辊电机和收卷辊电机按照步骤4中所输出的位置信息进行运转。其中步骤4中所述插补运算为插补器进行电机旋转所需脉冲计算或总线控制器进行电机旋转周期位置计算。该方法具有控制方式简单，实现容易，控制精度高，系统运行稳定性好。

Description

一种张力控制方法

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别是涉及一种张力的控制方法。

背景技术

张力控制被广泛的应用于各行各业的生产实际中，现有技术中普遍采用：

1、直流控制(直流调速，直流制动)，特点是通过调节放卷电机的制动量来调节张力输出。缺点是直流机械传动同步性能不理想，无法实现恒线速、恒张力，对大卷装情况尤其突出。

2、液压控制(液压站，流量比例阀)，特点是通过调节放卷电机的流量比例阀来调节张力输出。存在问题一是国产液压件密封性能、可靠性差。二是进口的虽然质量可靠，但价格高、备件困难。

3、变频控制，使用精度较高，但其为速度控制，考虑的变量因素较多，尤其是在加减速运行过程中由于增加了角加速度、惯量等物理量，且呈非线性变化，增大了系统的控制难度，需要对系统加速和减速过程实时监测，修正理论参数，经过多次试验才可以实现在误差范围内的恒张力。

4、目前各张力控制多为放卷辊和收卷辊同为圆柱形，实际应用中不能应对多种情况，有一定的局限性。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种张力控制装置，

所述张力控制装置包括：

控制装置，放卷辊，收卷辊，卡槽，张力辊，卷径检测装置；

所述卷径检测装置用于对放卷辊和/或收卷辊卷径的检测；

所述放卷辊及收卷辊由分别电机驱动，所述张力辊两端位于卡槽内并可上下浮动；

所述控制装置包括：

信息输入单元，用于输入所需计算信息；

数据计算单元，用于综合输入的放卷辊和收卷辊卷径信息对放卷辊和收卷辊带卷缠绕L距离电机所旋转的位置及卷带缠绕线速度进行插补运算，缠绕过程中放卷和收卷线速度一致；

信息输出单元，用于对数据计算单元进行插补运算所得电机旋转的位置信息分别输出给放卷辊电机和收卷辊电机；

所述控制装置分别与放卷辊电机和收卷辊电机电连接，所述卷径检测装置与控制装置电连接，放卷辊上缠绕的卷带通过张力辊缠绕于收卷辊上。

进一步的所述电机为伺服电机或步进电机。

进一步的所述数据计算单元可为运动控制卡或运动控制器或插补器或总线控制器。

进一步的所述张力控制装置还包括位置检测装置，用于对张力辊的上下浮动位置检测；并与控制装置电连接，用于将位置变化信息反馈给控制装置；其中所述位置检测装置连接报警装置，用于对异常张力信息进行报警输出。

进一步的所述L值可通过信息输入单元设置。

进一步的所述放卷辊为圆柱形，收卷辊为椭圆柱形或圆柱形。

进一步的所述放卷辊和收卷辊电机还带有编码器，并与控制装置电连接，用于即时检测电机旋转位置，并即时反馈给控制装置，与所述数据计算单元通过插补运算发送位置信息后电机旋转应达到位置进行比较分析，从而进一步调整电机旋转位置信息。

进一步的所述张力控制装置可为一体式结构或分体式结构。

所述张力控制装置的控制方法为：

放卷辊上缠绕的卷带经过张力辊缠绕在收卷辊上，张力辊位于带状物之上，信息输入单元接收到放卷辊和/或收卷辊的卷径数据，发送给数据计算单元，数据计算单元通过插补运算得出缠绕固定带长L电机所需旋转的位置并通过信息输出单元分别发送给放卷辊及收卷辊电机，控制两电机运行。

其中放卷辊与收卷辊的卷径可通过测量及计算的方式得出，从而实现张力精确控制。

本发明还提供一种张力控制方法。

所述张力控制方法包括如下步骤：

步骤1、卷带经放卷辊放卷，通过张力辊，后缠绕于收卷辊上；

步骤2、获取放卷辊和收卷辊原始卷径；

步骤3、获取放卷辊和/或收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径；

步骤4、综合步骤2和步骤3中的输入信息进行插补运算，分别计算出卷带每缠绕L距离时放卷辊和收卷辊电机的旋转位置及使缠绕过程中放卷和收卷的线速度保持一致；然后通过信息输出单元分别输出给放卷辊电机和收卷辊电机；

步骤5、放卷辊电机和收卷辊电机按照步骤4中所输出的信息进行运转。

进一步的步骤5中所述放卷辊电机和收卷辊电机为步进电机和伺服电机。

进一步的步骤2中所述的放卷辊为圆柱形，收卷辊为椭圆柱形。

进一步的步骤2中所述的放卷辊和收卷辊都为圆柱形。

进一步的步骤3中所述的放卷辊和收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径可通过位置检测装置分别测量得到。

进一步的步骤4中所述插补运算为插补器进行电机旋转所需脉冲计算或总线控制器进行电机旋转周期位置计算。

进一步的步骤3中所述的放卷辊和收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径可通过已知放卷辊和收卷辊开始缠绕前的原始卷径及卷带厚度计算得知。

进一步的步骤4中所述的插补运算还包括对位置检测装置反馈的张力辊位置变化信息的综合分析及偏差计算；其中位置检测装置与报警装置电连接，可输出张力异常时的报警信息。

进一步的所述步骤4中的固定L值可设置。

进一步的步骤4中所述的插补运算还包括通过编码器对放卷辊和收卷辊电机的位置检测数据与原插补运算发送位置信息后电机应到的位置进行比较。

本发明的有益效果为：

1、控制方式简单，实现容易，控制精度高；

2、系统运行稳定性好。

附图说明

图1为张力控制装置的结构示意图；

图2为卡槽结构示意图。

图中的：1、未缠绕卷带的放卷辊    2、缠有卷带的放卷辊

        3、未缠有卷带的收卷辊    4、缠有卷带的收卷辊

        5、张力辊    6、卡槽    7、位置传感器    8、卷径测量装置

具体实施方式

张力控制装置及张力控制方法的控制原理如下：

ω₁表示放卷辊某时刻放卷L长度电机转过的弧度；

ω₂表示收卷辊某时刻收卷L长度电机转过的弧度；

P₁表示放卷辊电机旋转一周所需发出的脉冲总数，

表示放卷辊放卷L距离电机所需给定的脉冲数；

P₂表示收卷辊电机旋转一周所需发出的脉冲总数，

表示收卷辊收卷L距离所需给定的脉冲数；

L表示设定的放卷距离；

$\frac{{\mathrm{\ω}}_1}{2\mathrm{\π}}=\frac{P_1^{/}}{P_1}$

$\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{2\mathrm{\π}}=\frac{P_2^{/}}{P_2}$

由上式可知，只要得出放卷辊和收卷辊在缠绕过程中缠绕L距离各自随时间变化的弧度，即可得出放卷辊和收卷辊缠绕L距离电机旋转的所需脉冲数。

而对于圆和椭圆已知L弧长，所对应的角度关系为以下：

对于圆有：L＝ωR，R为圆半径，ω为弧度

对于椭圆有：

设椭圆上两点P(x₁，y₁)和Q(x₂，y₂)对应的离心角分别为α、β，长轴为a，短轴为b，将P点代入椭圆方程有： $\left\{\begin{array}{c}{x}_1=a\cos \mathrm{\α}\\ y_1=b\sin \mathrm{\α}\end{array}\right.$

故P点的离心角为： $\mathrm{\α}=\mathrm{acc}\cos \frac{x_1}{a}$

同理可求出Q点的离心角：

根据椭圆的性质：a²-b²＝c²，

及椭圆离心率的定义：

e为离心率

可得：

$L_{\mathrm{PQ}}=a{\∫}_{\mathrm{\β}}^{\mathrm{\α}}\sqrt{1-e^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}\mathrm{d\θ}=a{\∫}_{\arcsin \frac{X_2}{a}}^{\arcsin \frac{X_1}{a}}\sqrt{1-e^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}\mathrm{d\θ}$

$=a[E(e,\arcsin \frac{X_1}{a})-E(e,\arcsin \frac{X_2}{a})]$

可知已知确定弧长可计算出圆和椭圆的对应弧度。

为解决以上问题，本发明提供一种张力控制装置，

所述张力控制装置包括：

控制装置，放卷辊，收卷辊，卡槽，张力辊，卷径检测装置；

所述卷径检测装置用于对放卷辊和/或收卷辊卷径的检测；

所述放卷辊及收卷辊由分别电机驱动，所述张力辊两端位于卡槽内并可上下浮动；

所述控制装置包括：

信息输入单元，用于输入所需计算信息；

数据计算单元，用于综合输入的放卷辊和收卷辊卷径信息对放卷辊和收卷辊带卷缠绕L距离电机所旋转的位置及卷带缠绕线速度进行插补运算，缠绕过程中放卷和收卷线速度一致；

信息输出单元，用于对数据计算单元进行插补运算所得电机旋转的位置信息分别输出给放卷辊电机和收卷辊电机；

所述控制装置分别与放卷辊电机和收卷辊电机电连接，所述卷径检测装置与控制装置电连接，放卷辊上缠绕的卷带通过张力辊缠绕于收卷辊上。

进一步的所述电机为伺服电机或步进电机。

进一步的所述数据计算单元可为运动控制卡或运动控制器或插补器或总线控制器。

进一步的所述张力控制装置还包括位置检测装置，用于对张力辊的上下浮动位置检测；并与控制装置电连接，用于将位置变化信息反馈给控制装置；其中所述位置检测装置连接报警装置，用于对异常张力信息进行报警输出。

进一步的所述L值可通过信息输入单元设置。

进一步的所述放卷辊为圆柱形，收卷辊为椭圆柱形或圆柱形。

进一步的所述放卷辊和收卷辊电机还带有编码器，并与控制装置电连接，用于即时检测电机旋转位置，并即时反馈给控制装置，与所述数据计算单元通过插补运算发送位置信息后电机旋转应达到位置进行比较分析，从而进一步调整电机旋转位置信息。

进一步的所述张力控制装置可为一体式结构或分体式结构。

所述张力控制装置的控制方法为：

放卷辊上缠绕的卷带经过张力辊缠绕在收卷辊上，张力辊位于带状物之上，信息输入单元接收到放卷辊和/或收卷辊的卷径数据，发送给数据计算单元，数据计算单元通过插补运算得出缠绕固定带长L电机所需旋转的位置并通过信息输出单元分别发送给放卷辊及收卷辊电机，控制两电机运行。

其中放卷辊与收卷辊的卷径可通过测量及计算的方式得出，从而实现张力精确控制。

本发明还提供一种张力控制方法。

所述张力控制方法包括如下步骤：

步骤1、卷带经放卷辊放卷，通过张力辊，后缠绕于收卷辊上；

步骤2、获取放卷辊和收卷辊原始卷径；

步骤3、获取放卷辊和/或收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径；

步骤4、综合步骤2和步骤3中的输入信息进行插补运算，分别计算出卷带每缠绕L距离时放卷辊和收卷辊电机的旋转位置及使缠绕过程中放卷和收卷的线速度保持一致；然后通过信息输出单元分别输出给放卷辊电机和收卷辊电机；

步骤5、放卷辊电机和收卷辊电机按照步骤4中所输出的信息进行运转。

进一步的步骤5中所述放卷辊电机和收卷辊电机为步进电机和伺服电机。

进一步的步骤2中所述的放卷辊为圆柱形，收卷辊为椭圆柱形。

进一步的步骤2中所述的放卷辊和收卷辊都为圆柱形。

进一步的步骤3中所述的放卷辊和收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径可通过位置检测装置分别测量得到。

进一步的步骤4中所述插补运算为插补器进行电机旋转所需脉冲计算或总线控制器进行电机旋转周期位置计算。

进一步的步骤3中所述的放卷辊和收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径可通过已知放卷辊和收卷辊开始缠绕前的原始卷径及卷带厚度计算得知。

进一步的步骤4中所述的插补运算还包括对位置检测装置反馈的张力辊位置变化信息的综合分析及偏差计算；其中位置检测装置与报警装置电连接，可输出张力异常时的报警信息。

进一步的所述步骤4中的L值可设置。

进一步的步骤4中所述的插补运算还包括通过编码器对放卷辊和收卷辊电机的位置检测数据与原插补运算发送位置信息后电机应到的位置进行比较。

实施例一

在放卷辊和收卷辊都为圆柱的情况下，在放卷辊和收卷辊的外侧安装卷径测量装置，可以即时测量出放卷辊和收卷辊的即时卷径变化值，并通过信息输入单元传送给数据计算单元，数据计算单元通过插补运算得出放卷辊和收卷辊在每缠绕固定L距离时所需的脉冲数

进而通过信息输出单元发送给放卷辊电机和收卷辊电机，进而通过位置关系实现张力的精确控制。

实施例二.

在放卷辊为圆柱形，收卷辊为椭圆柱的情况下，收卷辊按固定的位置启动，在放卷辊的外侧安装卷径测量装置，在收卷辊的椭圆长轴和短轴的外侧安装卷径测量装置，可以即时测量出放卷辊和收卷辊的即时卷径变化值，并通过信息输入单元传送给数据计算单元，数据计算单元通过插补运算得出放卷辊和收卷辊在每缠绕固定L距离时所需的脉冲数

进而通过信息输出单元发送给放卷辊电机和收卷辊电机，进而通过位置关系实现张力的精确控制。

实施例三、

已知放卷辊和收卷辊的初始卷径及卷带厚度，通过计算可得知放卷辊和收卷辊的卷径变化值，并通过信息输入单元传送给数据计算单元，数据计算单元通过插补运算得出放卷辊和收卷辊在每缠绕固定L距离时所需的脉冲数

进而通过信息输出单元发送给放卷辊电机和收卷辊电机，进而通过位置关系实现张力的精确控制。

实施例四

在张力辊上安装位置传感器，即时计算张力的变化，并反馈给信息输入单元传输给数据计算单元，进而分别对实施例一或实施例二或实施例三中的插补运算数据进行比较及偏差计算，进而将脉冲数通过信息输出单元发送给放卷辊电机和收卷辊电机，进而通过位置关系实现张力的精确控制。

实施例五

在放卷辊和收卷辊电机上安装编码器，用于即时检测电机运转位置，并反馈给控制装置，由所述数据计算单元与所述插补运算发送脉冲应到位置进行比较分析，从而进一步调整脉冲数。

实施例六

在实施例一、实施例二、实施例三、实施例四、实施例五中的插补运算还可为由总线控制器经过计算得出放卷辊和收卷辊电机卷带每缠绕L距离的电机旋转位置，并将该位置信息直接发送给放卷辊电机和收卷辊电机，从而控制电机的运转。

如图1、图2，本发明的张力控制装置及张力控制方法可用于但不限于锂电池制造中的张力控制。

尽管已经参考实施例及附图，对本发明的一种张力控制装置和张力控制方法进行了说明，但是上述公开的内容仅是为了更好的了解本发明，而不是以任何方式限制权利要求的范围，故凡依本发明专利申请范围所述的结构、特征及原理所作的等化或修饰，均包括于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种张力控制方法，其特征在于，所述张力控制方法包括以下步骤：

步骤1、卷带经放卷辊放卷，通过张力辊，后缠绕于收卷辊上；

步骤2、获取放卷辊和收卷辊原始卷径；

步骤3、获取放卷辊和/或收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径；

步骤4、综合步骤2和步骤3中的输入信息进行插补运算，分别计算出卷带每缠绕固定L距离时放卷辊和收卷辊电机的旋转位置及使缠绕过程中放卷和收卷的线速度保持一致；然后通过信息输出单元分别输出给放卷辊电机和收卷辊电机；

步骤5、放卷辊电机和收卷辊电机按照步骤4中所输出的信息进行运转。

2.如权利要求1所述张力控制方法，其特征在于：所述电机为步进电机或伺服电机。

3.如权利要求1所述张力控制方法，其特征在于：步骤4中所述插补运算为插补器进行电机旋转所需脉冲计算或总线控制器进行电机旋转周期位置计算。

4.如权利要求1、2或3所述张力控制方法，其特征在于，步骤2中所述的放卷辊为圆柱形，收卷辊为椭圆柱形或圆柱形。

5.如权利要求1、2或3所述张力控制方法，其特征在于：步骤3中所述的放卷辊和收卷辊卷带缠绕过程中随时间变化的即时卷径可通过位置检测装置分别测量得到。

6.如权利要求1、2或3所述张力控制方法，其特征在于：步骤3中所述的即时卷径为根据卷绕要求的计算值。

7.如权利要求1、2或3所述张力控制方法，其特征在于：步骤4中所述的插补运算还包括对位置检测装置反馈的张力辊位置变化信息的综合分析及偏差计算；其中位置检测装置与报警装置电连接，可输出张力异常时的报警信息。

8.如权利要求1、2或3所述张力控制方法，其特征在于：所述步骤4中的固定L距离值可设置。

9.如权利要求1、2或3所述张力控制方法，其特征在于：步骤4中所述的插补运算还包括通过编码器对放卷辊和收卷辊电机的位置检测数据与原插补运算发送位置信息后电机应到的位置进行比较。

10.如权利要求1、2或3所述的张力控制方法的用途，其特征在于：所述张力控制方法用于锂电池制造中的张力控制。

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