CN107352312A - 退绕卷绕坯布的控制系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种退绕卷绕坯布的控制系统与方法,所述系统,包括:控制器、第一伺服装置、第二伺服装置、卷布辊和退布辊;坯布分别卷绕于所述卷布辊与退布辊,且通过所述退布辊与卷布辊的旋转,所述坯布自所述退布辊传输至所述卷布辊;所述控制器具体用于根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,以使得:当下所述卷布辊上卷绕的最外层坯布的第一线速度与所述卷布辊上卷绕的最外侧坯布的第二线速度相同。
Description
技术领域
本发明涉及纺织或印染设备领域,尤其涉及一种退绕卷绕坯布的控制系统与方法。
背景技术
领域中,为了实现坯布的退绕与卷绕,需要通过退绕辊与卷绕辊分别旋转,现有的相关技术中,可以通过控制卷绕辊的转速,实现退绕卷绕坯布的速度控制。
在纺织或印染设备控制系统中,为了在退绕卷绕过程中实现速度、张力等的控制,需要安装相应的检测反馈装置。然而,安装监测反馈装置的成本较高,且当设备处于封闭高温高压、强腐蚀环境时,不便于加装检测反馈装置,所以,安装检测反馈装置以实现速度、张力等控制的方案成本高且普适性较差。
发明内容
本发明提供一种退绕卷绕坯布的控制系统与方法,以解决成本高且普适性较差的问题。
根据本发明的第一方面,提供了一种退绕卷绕坯布的控制系统,包括:控制器、第一伺服装置、第二伺服装置、卷布辊和退布辊;坯布分别卷绕于所述卷布辊与退布辊,且通过所述退布辊与卷布辊的旋转,所述坯布自所述退布辊传输至所述卷布辊;所述控制器具体用于根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,以使得:当下所述卷布辊上卷绕的最外层坯布的第一线速度与所述卷布辊上卷绕的最外侧坯布的第二线速度相同。
可选的,所述第一厚度和第二厚度为所述控制器根据所述卷布辊与退布辊绕卷的周数确定的。
可选的,所述控制器具体用于通过所述第一伺服装置控制所述卷布辊以所述第一线速度旋转,并通过所述第二伺服装置控制所述退布辊在预设速度阈值下以第一转矩旋转,以使得所述退布辊能够以所述第二线速度旋转。
可选的,所述控制器具体用于通过向所述第一伺服装置输出第一驱动脉冲;并向所述第二伺服装置输出第二驱动脉冲,驱动所述卷布辊与退布辊旋转。
可选的,所述第一厚度为所述控制器根据所述卷布辊旋转的周数以及卷布辊直径的累积误差确定的,所述卷布辊直径的累积误差为坯布的形变产生的。
可选的,所述第一厚度下所述卷布辊的卷径通过以下公式确定:
其中:
d1表示卷布辊的直径;
C1x表示卷布辊的脉冲数;
D2表示退布辊的初始卷径;
d2表示退布辊的直径;
ΔD1x表示卷布辊卷径的累积误差;
δ表示卷布辊上坯布的弹性系数;
a表示弹性系数δ与径直累积误差间线性变化关系的预设参数。
根据本发明的第二方面,还提供了一种退绕卷绕坯布的控制方法,包括:
确定所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度;其中,坯布分别卷绕于所述卷布辊与退布辊,且通过所述退布辊与卷布辊的旋转,所述坯布自所述退布辊传输至所述卷布辊;
根据所述第一厚度与第二厚度,分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,以使得:当下所述卷布辊上卷绕的最外层坯布的第一线速度与所述卷布辊上卷绕的最外侧坯布的第二线速度相同。
可选的,所述第一厚度和第二厚度为所述控制器根据所述卷布辊与退布辊绕卷的周数确定的。
可选的,所述分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,包括:
控制所述卷布辊以所述第一线速度旋转,并
控制所述退布辊在预设速度阈值下以第一转矩旋转,以使得所述退布辊能够以所述第二线速度旋转。
可选的,所述第一厚度具体为根据所述卷布辊旋转的周数以及卷布辊直径的累积误差确定的,所述卷布辊直径的累积误差为坯布的形变产生的。
本发明提供的退绕卷绕坯布的控制系统与方法,通过根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,以及通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转;使得本发明可以在不具备速度或张力检测反馈设备的情况下,达到检测控制的效果,其中,由于厚度反应了当下的卷径,而卷径与坯布的线性速度相关,本发明为控制第一线速度与第二线速度相同提供了可操作基础。同时,由于无需假装检测反馈装置,本发明可以有效降低成本,提高方案的普适性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一退绕卷绕坯布的控制系统的结构示意图;
图2是本发明一退绕卷绕坯布的控制方法的流程示意图。
附图标记说明:
1-第一伺服装置;2-第二伺服装置;3-卷布辊;4-退布辊;5-导布辊;6-坯布;7-控制器;8-交互装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
实施例1
图1是本发明一退绕卷绕坯布的控制系统的结构示意图;请参考图1,系统,包括:控制器7、第一伺服装置1、第二伺服装置2、卷布辊3和退布辊4;坯布6分别卷绕于所述卷布辊3与退布辊4,且通过所述退布辊4与卷布辊3的旋转,所述坯布6自所述退布辊4传输至所述卷布辊3。
具体实施过程中,还可包括导布辊5,设于所述卷布辊3与退布辊4之间,且坯布6夹持于两组导布辊5之间。导布辊5可有利于坯布6的导向传输,并能够使得坯布6保持张力,且不会受重力作用的影响。
所述控制器7具体用于根据所述卷布辊3上当下卷绕坯布6的第一厚度与所述退布辊4上当下卷绕坯布6的第二厚度,通过所述第一伺服装置1与第二伺服装置2分别驱动所述卷布辊3与退布辊4旋转,以使得:当下所述卷布辊3上卷绕的最外层坯布6的第一线速度与所述卷布辊4上卷绕的最外侧坯布6的第二线速度相同。
本发明提供的退绕卷绕坯布的控制系统与方法,通过根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,以及通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转;使得本发明可以在不具备速度或张力检测反馈设备的情况下,达到检测控制的效果,其中,由于厚度反应了当下的卷径,而卷径与坯布的线性速度相关,本发明为控制第一线速度与第二线速度相同提供了可操作基础。同时,由于无需假装检测反馈装置,本发明可以有效降低成本,提高方案的普适性。
本发明中,双伺服装置分别独立驱动,代替现有相关技术中采用的单/双变频方式,有效的提高了控制精度,解决卷绕往复导辊启停过冲的问题。采用通讯可以是RS485/CAN/EtherCat/Profibus等工业总线。
其中一种实施方式中,所述控制器7具体用于通过向所述第一伺服装置1输出第一驱动脉冲;并向所述第二伺服装置2输出第二驱动脉冲,驱动所述卷布辊3与退布辊4旋转。可见,其伺服装置可以包括脉冲电机和减速机等,凡是能够被脉冲驱动输出旋转运动的机构,都可应用作为本发明所描述的伺服装置。此外,伺服装置中的减速机可以包括齿轮组件,根据其齿轮比,可以具体计算脉冲驱动与输出旋转运动转化的量化参数,其可以理解为伺服装置的齿轮比。
其中一种实施方式中,所述控制器7具体用于通过所述第一伺服装置1控制所述卷布辊3以所述第一线速度旋转,并通过所述第二伺服装置2控制所述退布辊4在预设速度阈值下以第一转矩旋转,以使得:所述退布辊4能够以所述第二线速度旋转。
在其中一种实施方式中,若不考虑坯布的弹性形变,且当坯布6的采样长度L0小于坯布6的总长度L的预设比例时,该预设比例可以为1%,即L0<1%L,该预设比例也可以为其他可被认为L0对应并未引起卷布辊3的卷径发生变化的预设比例数值。该情况也可认为,控制器根据第一厚度和/或第二厚度驱动卷布辊与退布辊旋转的过程也包括了厚度未产生,即未引起卷布辊3的卷径发生变化的情况。在此种情况下,若第一驱动脉冲,即卷布辊3的卷布轴3的脉冲数为C1,第二驱动脉冲,即退布辊4的退布轴的脉冲数为C2,第一伺服装置1的电子齿轮比为IX,则有:
以及:
其中:
d1表示卷布辊的直径;
d2表示退布辊的直径;
D1可以表示坯布6的采样长度L0小于坯布6的总长度L的预设比例的情况下卷布辊3的卷径;因其未产生厚度,所以,D1可以对应理解为与d1相同。
D2可以表示坯布6的采样长度L0小于坯布6的总长度L的预设比例的情况下退布辊4的卷径;因其未退出布,所以,卷径未发生变化,D2可以指的是未退布前初始的退布辊4的卷径。
ε表示坯布厚度。
当卷起相应厚度的坯布6之后,本发明可选实施方案中,所述第一厚度和第二厚度为所述控制器根据所述卷布辊3与退布辊4绕卷的周数确定的。
若不考虑形变,或可理解为,系统运行于无弹性形变的模式下:
对于卷布辊3:
实时卷径D1x和卷布辊3的转速N1x,卷绕过程中,卷布辊3每转动一个周长的旋转位移,直径增加Δd,则有:
Δd=2ε
其中:
C1X为卷布辊3的卷布轴的脉冲数;
其他字母的含义可以参照前文的描述理解。
进一步的,还可得出:
V=πD1xN1x
其中:
V指的是卷布辊3的第一线速度。
对于退布辊4:
实时卷径D2x和转矩T2x,卷绕过程中,退布辊4每转动一个周长的旋转位移,直径增加Δd,则有:
其中:
C2x为退布辊4的退布轴的脉冲数;
进一步的,还可得出:
其中:
F表示退布辊4转动的作用力。
其他字母的含义可以参照前文的描述理解。
若考虑形变,或可理解为,系统运行于有弹性形变的模式下:
所述第一厚度为所述控制器根据所述卷布辊旋转的周数以及卷布辊直径的累积误差确定的,所述卷布辊直径的累积误差为坯布的形变产生的。
若卷布辊3实时卷绕长度累计误差为ΔLx、卷径累计误差为ΔD1x、以及实时转速为N1x,则:
对于退布辊4而言,由于卷径变化规律比较线性,伺服模式设置在扭矩模式,设置转速限值,实行动态跟随,若保证放卷轴运行稳定,只需保证张力恒定即可,由胡克定律可知:
其中:
A表示横截面积;
E表示弹性模量;
v1表示退布辊4的初始的转速;
v2表示退布辊4的当前的转速;
对于卷布辊3而言,张力引起的弹性形变会引起两个地方的积累误差,一是实时卷绕长度非线性累计,二是实时卷径非线性累计。规律为:
ΔLx>0,可得到ΔD1x<0,此时应实时追加卷布辊3的卷布轴的转速误差;
ΔLx<0,可得到ΔD1x>0,此时应实时追加卷布辊3的卷布轴的转速误差;
可推出:
ΔLx=Lxδ
V=Vx+ΔVx
而此时卷布轴转速非线性变化,同时与ΔVx、ΔD1x有关,即:
Vx+ΔVx=π(D1x+ΔD1x)N1x
δ>0时,ΔD1x<0,反之亦然;
其中:
H表示;
h表示;
V表示卷布辊3的第一线速度;
Vx表示;
ΔV表示。
由以上公式可以得出,在实时卷绕过程中,由于δ较小,且不以累计方式影响收卷轴转速,故可以相对忽略不计。而真正影响收卷轴实时误差的是直径累计误差ΔD1x,且近似成线性累计关系,故而:
其中:
d1表示卷布辊的直径;
C1x表示卷布辊的脉冲数;
D2表示退布辊的初始卷径;
d2表示退布辊的直径;
ΔD1x表示卷布辊卷径的累积误差;
δ表示卷布辊上坯布的弹性系数;
a表示弹性系数δ与径直累积误差间线性变化关系的预设参数。也可理解为δ与径值累计误差斜率的关系,此处近似看成线性关系。
通过以上公式可以对应确定第一厚度下所述卷布辊的卷径。
可见,本发明可选方案中,可以实现整过程恒限速,低张力(接近于零)退卷绕。该系统无加装任何张力反馈装置,退布辊与卷布辊之间坯布的张力,依靠精确的算法实时调节卷布辊转速与退布辊转矩,来保持恒线速、恒低张力退卷绕。
其中一种实施方式中,弹性系数δ为变化的,控制器还可用于通过数据通过数据拟合的结果确定退卷绕卷次数与弹性系数的关系,从而确定当下的弹性系数。具体的,OriginLab对数据进行拟合后得出退卷绕次数与对数据进行拟合后得出退卷绕次数nx与弹性系数δx的关系公式:
其中:
δ0为初始的弹性系数;
y0为拟合得到的预设参数。
a、δ0以及y0均为根据坯布的性能可以确定的参数,具体可以为择优给出。
除了以上表述以外,在本发明可选的实施方式中,所述系统还可包括交互装置8,其具体可以为实现人机交互界面的任意装置,比如触摸屏。
交互装置8用于人机互操作,控制器7实现整机逻辑控制及核心算法运算,并且分别与第一伺服装置1和第二伺服装置2实时通讯控制伺服装置。第一伺服装置中可经减速器驱动卷布辊3,运行速度控制模式,采用主动卷绕方式。第二伺服装置可经减速器驱动退布辊4,运行扭矩模式,采用跟随被动退绕方式。坯布6从退布辊4上绕下,经导布辊6,卷绕在卷布辊3上,反之亦然。
本发明可选方案的优点还在于:使用伺服装置独立驱动卷布辊3,随着卷绕的进行卷径持续增大,实时调节卷布辊3转速,保证坯布6恒线速卷绕。使用伺服装置独立驱动退布辊4,随着退绕的进行卷径持续减小,实时调节退布辊扭矩,保证坯布恒张力退绕。
在具体应用所述系统时:
本发明机器可选实施方式中,退卷绕的过程即是在卷布辊3和退布辊4之间做往复运动。系统采用人机+控制器+双伺服系统架构,控制器按照预先设定工艺速度通过伺服驱动器实时调节卷布辊电机与退布辊电机之间保持恒零速度差,确保卷绕恒定低张力甚至零张力退卷绕。本系统可实现自动采样,依据采样值通过算法导出坯布厚度ε、初始退布辊卷径D2。在退卷绕过冲中,实时速度调节以设定工艺速度为基准,算法中融合了考虑布匹弹性系数δ0在张力作用下引起的形变模式和无弹性变形模式,计算出卷布棍实时卷径D1x、退布辊实时卷径D2x,保证依托算法模型实现低张力弹性布匹退卷绕的精确控制。
可见,实现开机自动采样,在无需张力反馈情况下,过程中实现依照坯布弹性参数精确计算实时卷棍直径,调节卷布辊转速和退布辊转矩,有效的减小了退卷绕线速度及张力波动,减少了印染过程中由于卷径计算误差大造成留头过长或过短,以及过程中速度和张力值波动范围大引起的坯布上色率不匀等损失,从而提印染效率和产品质量。
综上所述,本发明提供的退绕卷绕坯布的控制系统,通过根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,以及通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转;使得本发明可以在不具备速度或张力检测反馈设备的情况下,达到检测控制的效果,其中,由于厚度反应了当下的卷径,而卷径与坯布的线性速度相关,本发明为控制第一线速度与第二线速度相同提供了可操作基础。同时,由于无需假装检测反馈装置,本发明可以有效降低成本,提高方案的普适性。
实施例2
图2是本发明一退绕卷绕坯布的控制方法的流程示意图。请参考图2,方法,包括:
S11:确定所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度;其中,坯布分别卷绕于所述卷布辊与退布辊,且通过所述退布辊与卷布辊的旋转,所述坯布自所述退布辊传输至所述卷布辊;
S12:根据所述第一厚度与第二厚度,分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,以使得:当下所述卷布辊上卷绕的最外层坯布的第一线速度与所述卷布辊上卷绕的最外侧坯布的第二线速度相同。
可选的,所述第一厚度和第二厚度为所述控制器根据所述卷布辊与退布辊绕卷的周数确定的。
可选的,所述分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,包括:
控制所述卷布辊以所述第一线速度旋转,并
控制所述退布辊在预设速度阈值下以第一转矩旋转,以使得所述退布辊能够以所述第二线速度旋转。
可选的,所述第一厚度具体为根据所述卷布辊旋转的周数以及卷布辊直径的累积误差确定的,所述卷布辊直径的累积误差为坯布的形变产生的。
此外,本实施例所示的方法,对应地可用于实施图1所示系统实施例的技术方案,其实现原理、技术效果以及术语的含义类似,此处不再赘述。
本发明提供的退绕卷绕坯布的控制方法,通过根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,以及通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转;使得本发明可以在不具备速度或张力检测反馈设备的情况下,达到检测控制的效果,其中,由于厚度反应了当下的卷径,而卷径与坯布的线性速度相关,本发明为控制第一线速度与第二线速度相同提供了可操作基础。同时,由于无需假装检测反馈装置,本发明可以有效降低成本,提高方案的普适性。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种退绕卷绕坯布的控制系统,其特征在于,包括:控制器、第一伺服装置、第二伺服装置、卷布辊和退布辊;坯布分别卷绕于所述卷布辊与退布辊,且通过所述退布辊与卷布辊的旋转,所述坯布自所述退布辊传输至所述卷布辊;所述控制器具体用于根据所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度,通过所述第一伺服装置与第二伺服装置分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,以使得:当下所述卷布辊上卷绕的最外层坯布的第一线速度与所述卷布辊上卷绕的最外侧坯布的第二线速度相同。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一厚度和第二厚度为所述控制器根据所述卷布辊与退布辊绕卷的周数确定的。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述控制器具体用于通过所述第一伺服装置控制所述卷布辊以所述第一线速度旋转,并通过所述第二伺服装置控制所述退布辊在预设速度阈值下以第一转矩旋转,以使得:所述退布辊能够以所述第二线速度旋转。
4.根据权利要求1至3任一项所述的系统,其特征在于,所述控制器具体用于通过向所述第一伺服装置输出第一驱动脉冲;并向所述第二伺服装置输出第二驱动脉冲,驱动所述卷布辊与退布辊旋转。
5.根据权利要求1至3任一项所述的系统,其特征在于,所述第一厚度为所述控制器根据所述卷布辊旋转的周数以及卷布辊直径的累积误差确定的,所述卷布辊直径的累积误差为坯布的形变产生的。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述第一厚度下所述卷布辊的卷径通过以下公式确定:
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<mn>2</mn>
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<mrow>
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</mrow>
</msub>
<msub>
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</mrow>
<mo>=</mo>
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<mi>d</mi>
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<mo>+</mo>
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<mrow>
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<mi>C</mi>
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<mn>1</mn>
<mi>x</mi>
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<mrow>
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其中:
d1表示卷布辊的直径;
C1x表示卷布辊的脉冲数;
D2表示退布辊的初始卷径;
d2表示退布辊的直径;
ΔD1x表示卷布辊卷径的累积误差;
δ表示卷布辊上坯布的弹性系数;
a表示弹性系数δ与径直累积误差间线性变化关系的预设参数。
7.一种退绕卷绕坯布的控制方法,其特征在于,包括:
确定所述卷布辊上当下卷绕坯布的第一厚度和/或所述退布辊上当下卷绕坯布的第二厚度;其中,坯布分别卷绕于所述卷布辊与退布辊,且通过所述退布辊与卷布辊的旋转,所述坯布自所述退布辊传输至所述卷布辊;
根据所述第一厚度与第二厚度,分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,以使得:当下所述卷布辊上卷绕的最外层坯布的第一线速度与所述卷布辊上卷绕的最外侧坯布的第二线速度相同。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一厚度和第二厚度为所述控制器根据所述卷布辊与退布辊绕卷的周数确定的。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述分别驱动所述卷布辊与退布辊旋转,包括:
控制所述卷布辊以所述第一线速度旋转,并控制所述退布辊在预设速度阈值下以第一转矩旋转,以使得:所述退布辊能够以所述第二线速度旋转。
10.根据权利要求7或8所述的系统,其特征在于,所述第一厚度具体为根据所述卷布辊旋转的周数以及卷布辊直径的累积误差确定的,所述卷布辊直径的累积误差为坯布的形变产生的。
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