CN111591813A - 一种金属箔涂布控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂布工艺技术领域，提供一种金属箔涂布控制系统及方法，系统包括与下位机通讯交互的N个伺服电机以及与N个伺服电机相对应的用于采集对应位置金属箔张力的N‑1个张力传感器，若干个张力传感器向对应的控制闭环的响应电机反馈张力值，对应的伺服电机根据反馈的张力值调整驱动辊的扭矩，保持金属箔恒定张力，实现金属箔涂布的闭环控制，进一步的提升涂布质量和设备精度。

Description

一种金属箔涂布控制系统及方法
技术领域
本发明属于涂布工艺技术领域，尤其涉及一种金属箔涂布控制系统及方法。
背景技术
随着技术发展，越来越多的产品都需要在金属箔表面进行涂布的工艺。涂布过程中，各驱动辊的同步和系统张力大小就显得尤为关键。现有电机的控制一般分为位移控制、速度控制和扭矩控制。
但是，由于金属箔由于弹性较小，因此很小的位移差就会产生很大张力，同时涂布系统各驱动辊之间存在强耦合、多干扰、非线性的特点，因此采用常规的速度或位移PID控制需很容易使系统出现抖动，难以达到生产要求。以铝箔为例：0.1mm厚，600mm宽的铝箔，施加10kg的张力，变形量为0.015mm，张力与变形之间响应如此灵敏，采用速度或位移控制很容易出现张力不受控或系统抖动，进而影响涂布质量和设备精度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种金属箔涂布控制系统，旨在解决现有技术中采用速度或位移控制很容易出现张力不受控或系统抖动，进而影响涂布质量和设备精度。
本发明所提供的技术方案是：一种金属箔涂布控制系统，包括与下位机通讯交互的N个伺服电机以及与N个所述伺服电机相对应的用于采集对应位置金属箔张力的N-1个张力传感器；
N个伺服电机分别记为第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机分别用于与驱动第一驱动辊、第二驱动辊、...、第N-1驱动辊以及第N驱动辊，所述第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机分别于金属箔涂布工艺中的放卷、牵引、涂布工序1、...、涂布工序N-3以及收卷/出料，N-1个所述张力传感器分别记为第一张力传感器、第二张力传感器、...、第N-2张力传感器以及第N-1张力传感器；
所述第一伺服电机、第二伺服电机和第一张力传感器形成的用于控制金属箔的实际张力与设定张力一致的第一控制闭环，所述第二伺服电机、第三伺服电机以及第二张力传感器形成用于控制所述金属博张力恒定的第二控制闭环，所述第三伺服电机、第四伺服电机以及第三张力传感器形成控制所述金属箔张力恒定的第三控制闭环，以此类推，第N-2伺服电机、第N-1伺服电机以及第N-2张力传感器形成控制所述金属箔张力恒定的第N-2控制闭环，所述第N-1伺服电机、第N伺服电机以及第N-1张力传感器形成控制所述金属箔收卷/出料的第N-1控制闭环；
其中，所述下位机通过上位机获取预先设定的张力值、目标速度以及加速度。
作为一种改进的方案，所述第一控制闭环中，所述第二伺服电机作为所述金属箔涂布控制系统的主电机，维持系统速度稳定，所述第一伺服电机作为响应电机；
所述第一张力传感器与所述第一伺服电机通讯连接，所述第一伺服电机根据所述第一张力传感器反馈的张力值，调整所述第一伺服电机的转矩，控制金属箔的实际张力与设定张力一致。
作为一种改进的方案，在所述第二控制闭环中，所述第三伺服电机作为响应电机；
所述第二张力传感器分别与所述第一张力传感器、第三伺服电机连接，所述第三伺服电机根据所述第二张力传感器反馈的张力值，调整所述第三伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定。
作为一种改进的方案，在所述第三控制闭环中，所述第四伺服电机作为响应电机；
所述第三张力传感器分别与所述第二张力传感器、第四伺服电机连接，所述第四伺服电机根据所述第三张力传感器反馈的张力值，调整所述第四伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定。
作为一种改进的方案，在所述第N-2控制闭环中，所述第N-1伺服电机作为响应电机；
所述第N-2张力传感器分别与所述第N-2张力传感器、第N-1伺服电机连接，所述第N-1伺服电机根据所述第N-2张力传感器反馈的张力值，调整所述第N-1伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定。
作为一种改进的方案，在所述第N-1控制闭环中，所述第N伺服电机作为响应电机；
所述第N-1张力传感器分别与所述下位机、第N伺服电机连接，所述第N伺服电机根据所述第N-1张力传感器反馈的张力值，调整所述第N伺服电机的转矩，控制所述金属箔的收卷/出料。
作为一种改进的方案，各个伺服电机转矩分别控制对应的驱动辊的扭矩M；
其中，各个驱动辊的半径r、张力传感器的张力T和驱动辊的扭矩M之间存在如下函数关系：
Figure BDA0002510016750000031
Figure BDA0002510016750000032
Figure BDA0002510016750000033
Figure BDA0002510016750000034
……
Figure BDA0002510016750000035
本发明的另一目的在于提供一种基于金属箔涂布控制系统的金属箔涂布控制方法，所述方法包括下述步骤：
若干个伺服电机分别从下位机获取相应的目标速度以及加速度，并分别控制对应的驱动辊启动运行，执行金属箔的放卷、牵引、涂布工序以及收卷/出料流程；
在启动工作后，根据所述下位机设定的加速度和目标速度，第二伺服电机控制第二驱动辊处于稳定运转状态；
第一张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第一伺服电机，所述第一伺服电机调整对应转矩，并控制所述第一驱动辊的扭矩，控制金属箔的实际张力与设定张力一致；
第二张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第三伺服电机，所述第三伺服电机调整对应转矩，并控制所述第三驱动辊的扭矩，保持金属箔的张力恒定；
第三张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第四伺服电机，所述第四伺服电机调整转矩，并控制所述第四驱动辊的扭矩，保持所述金属箔的张力恒定；
以此类推；
第N-2张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第N-1伺服电机，所述第N-1伺服电机调整转矩，并控制所述第N-1驱动辊的扭矩，保持所述金属箔的张力恒定；
第N-1张力传感器获取当前金属箔的张力值，所述第N伺服电机调整转矩，并控制所述第N驱动辊的扭矩，控制所述金属箔的收卷/出料。
作为一种改进的方案，各个伺服电机转矩分别控制对应的驱动辊的扭矩M；
其中，各个驱动辊的半径r、张力传感器的张力T和驱动辊的扭矩M之间存在如下函数关系：
Figure BDA0002510016750000041
Figure BDA0002510016750000042
Figure BDA0002510016750000043
Figure BDA0002510016750000051
……
Figure BDA0002510016750000052
在本发明实施例中，金属箔涂布控制系统包括与下位机通讯交互的N个伺服电机以及与N个伺服电机相对应的用于采集对应位置金属箔张力的N-1个张力传感器，若干个张力传感器向对应的控制闭环的响应电机反馈张力值，对应的伺服电机根据反馈的张力值调整驱动辊的扭矩，保持金属箔恒定张力，实现金属箔涂布的闭环控制，进一步的提升涂布质量和设备精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的金属箔涂布控制系统的实现示意图；
图2是本发明提供的转动辊驱动示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明提供的金属箔涂布控制系统的实现示意图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。
金属箔涂布控制系统包括与下位机通讯交互的N个伺服电机以及与N个所述伺服电机相对应的用于采集对应位置金属箔张力的N-1个张力传感器；
N个伺服电机分别记为第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机分别用于与驱动第一驱动辊、第二驱动辊、...、第N-1驱动辊以及第N驱动辊，所述第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机分别于金属箔涂布工艺中的放卷、牵引、涂布工序1、...、涂布工序N-3以及收卷/出料，N-1个所述张力传感器分别记为第一张力传感器、第二张力传感器、...、第N-2张力传感器以及第N-1张力传感器；
所述第一伺服电机、第二伺服电机和第一张力传感器形成的用于控制金属箔的实际张力与设定张力一致的第一控制闭环，所述第二伺服电机、第三伺服电机以及第二张力传感器形成用于控制所述金属博张力恒定的第二控制闭环，所述第三伺服电机、第四伺服电机以及第三张力传感器形成控制所述金属箔张力恒定的第三控制闭环，以此类推，第N-2伺服电机、第N-1伺服电机以及第N-2张力传感器形成控制所述金属箔张力恒定的第N-2控制闭环，所述第N-1伺服电机、第N伺服电机以及第N-1张力传感器形成控制所述金属箔收卷/出料的第N-1控制闭环；
其中，所述下位机通过上位机获取预先设定的张力值、目标速度以及加速度。
在该实施例中，上述第二伺服电机作为整个系统的控制核心，控制整个系统的加减速和运行速度。
结合图2所示，各个伺服电机转矩分别控制对应的驱动辊的扭矩M；
其中，各个驱动辊的半径r、张力传感器的张力T和驱动辊的扭矩M之间存在如下函数关系：
Figure BDA0002510016750000061
Figure BDA0002510016750000062
Figure BDA0002510016750000063
Figure BDA0002510016750000064
……
Figure BDA0002510016750000065
结合图1和图2所示，第一控制闭环中，所述第二伺服电机作为所述金属箔涂布控制系统的主电机，维持系统速度稳定，所述第一伺服电机作为响应电机；所述第一张力传感器与所述第一伺服电机通讯连接，所述第一伺服电机根据所述第一张力传感器反馈的张力值，调整所述第一伺服电机的转矩，控制金属箔的实际张力与设定张力一致；
在所述第二控制闭环中，所述第三伺服电机作为响应电机；所述第二张力传感器分别与所述第一张力传感器、第三伺服电机连接，所述第三伺服电机根据所述第二张力传感器反馈的张力值，调整所述第三伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定；
在所述第三控制闭环中，所述第四伺服电机作为响应电机；所述第三张力传感器分别与所述第二张力传感器、第四伺服电机连接，所述第四伺服电机根据所述第三张力传感器反馈的张力值，调整所述第四伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定；
以此类推；
在所述第N-2控制闭环中，所述第N-1伺服电机作为响应电机；所述第N-2张力传感器分别与所述第N-2张力传感器、第N-1伺服电机连接，所述第N-1伺服电机根据所述第N-2张力传感器反馈的张力值，调整所述第N-1伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定；
在所述第N-1控制闭环中，所述第N伺服电机作为响应电机；
所述第N-1张力传感器分别与所述下位机、第N伺服电机连接，所述第N伺服电机根据所述第N-1张力传感器反馈的张力值，调整所述第N伺服电机的转矩，控制所述金属箔的收卷/出料。
在本发明实施例，第一张力传感器、第二张力传感器、...、第N-2张力传感器以及第N-1张力传感器依次通讯连接，第N-1张力传感器将信息传递给下位机，做存储和记录。
在该实施例中，通过上述设置，整个金属箔涂布控制系统的波动较小，可较快的达到张力平衡。
在图1和图2的基础上，本发明提供的金属箔涂布控制方法具体包括下述步骤：
(1)若干个伺服电机分别从下位机获取相应的目标速度以及加速度，并分别控制对应的驱动辊启动运行，执行金属箔的放卷、牵引、涂布工序以及收卷/出料流程；
(2)在启动工作后，根据所述下位机设定的加速度和目标速度，第二伺服电机控制第二驱动辊处于稳定运转状态；
(3)第一张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第一伺服电机，所述第一伺服电机调整对应转矩，并控制所述第一驱动辊的扭矩，控制金属箔的实际张力与设定张力一致；
(4)第二张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第三伺服电机，所述第三伺服电机调整对应转矩，并控制所述第三驱动辊的扭矩，保持金属箔的张力恒定；
(5)第三张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第四伺服电机，所述第四伺服电机调整转矩，并控制所述第四驱动辊的扭矩，保持所述金属箔的张力恒定；
以此类推；
(6)第N-2张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第N-1伺服电机，所述第N-1伺服电机调整转矩，并控制所述第N-1驱动辊的扭矩，保持所述金属箔的张力恒定；
(7)第N-1张力传感器获取当前金属箔的张力值，所述第N伺服电机调整转矩，并控制所述第N驱动辊的扭矩，控制所述金属箔的收卷/出料。
本发明实施例可实现快速多轴同步控制，整个系统快速平衡，各个控制闭环张力分别可控。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种金属箔涂布控制系统，其特征在于，包括与下位机通讯交互的N个伺服电机以及与N个所述伺服电机相对应的用于采集对应位置金属箔张力的N-1个张力传感器；
N个伺服电机分别记为第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机分别用于与驱动第一驱动辊、第二驱动辊、...、第N-1驱动辊以及第N驱动辊，所述第一伺服电机、第二伺服电机、...、第N-1伺服电机以及第N伺服电机分别于金属箔涂布工艺中的放卷、牵引、涂布工序1、...、涂布工序N-3以及收卷/出料，N-1个所述张力传感器分别记为第一张力传感器、第二张力传感器、...、第N-2张力传感器以及第N-1张力传感器；
所述第一伺服电机、第二伺服电机和第一张力传感器形成的用于控制金属箔的实际张力与设定张力一致的第一控制闭环，所述第二伺服电机、第三伺服电机以及第二张力传感器形成用于控制所述金属博张力恒定的第二控制闭环，所述第三伺服电机、第四伺服电机以及第三张力传感器形成控制所述金属箔张力恒定的第三控制闭环，以此类推，第N-2伺服电机、第N-1伺服电机以及第N-2张力传感器形成控制所述金属箔张力恒定的第N-2控制闭环，所述第N-1伺服电机、第N伺服电机以及第N-1张力传感器形成控制所述金属箔收卷/出料的第N-1控制闭环；
其中，所述下位机通过上位机获取预先设定的张力值、目标速度以及加速度。
2.根据权利要求1所述的金属箔涂布控制系统，其特征在于，所述第一控制闭环中，所述第二伺服电机作为所述金属箔涂布控制系统的主电机，维持系统速度稳定，所述第一伺服电机作为响应电机；
所述第一张力传感器与所述第一伺服电机通讯连接，所述第一伺服电机根据所述第一张力传感器反馈的张力值，调整所述第一伺服电机的转矩，控制金属箔的实际张力与设定张力一致。
3.根据权利要求2所述的金属箔涂布控制系统，其特征在于，在所述第二控制闭环中，所述第三伺服电机作为响应电机；
所述第二张力传感器分别与所述第一张力传感器、第三伺服电机连接，所述第三伺服电机根据所述第二张力传感器反馈的张力值，调整所述第三伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定。
4.根据权利要求3所述的金属箔涂布控制系统，其特征在于，在所述第三控制闭环中，所述第四伺服电机作为响应电机；
所述第三张力传感器分别与所述第二张力传感器、第四伺服电机连接，所述第四伺服电机根据所述第三张力传感器反馈的张力值，调整所述第四伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定。
5.根据权利要求4所述的金属箔涂布控制系统，其特征在于，在所述第N-2控制闭环中，所述第N-1伺服电机作为响应电机；
所述第N-2张力传感器分别与所述第N-2张力传感器、第N-1伺服电机连接，所述第N-1伺服电机根据所述第N-2张力传感器反馈的张力值，调整所述第N-1伺服电机的转矩，控制所述金属箔的张力恒定。
6.根据权利要求5所述的金属箔涂布控制系统，其特征在于，在所述第N-1控制闭环中，所述第N伺服电机作为响应电机；
所述第N-1张力传感器分别与所述下位机、第N伺服电机连接，所述第N伺服电机根据所述第N-1张力传感器反馈的张力值，调整所述第N伺服电机的转矩，控制所述金属箔的收卷/出料。
7.根据权利要求6所述的金属箔涂布控制系统，其特征在于，各个伺服电机转矩分别控制对应的驱动辊的扭矩M；
其中，各个驱动辊的半径r、张力传感器的张力T和驱动辊的扭矩M之间存在如下函数关系：
Figure FDA0002510016740000031
Figure FDA0002510016740000032
Figure FDA0002510016740000033
Figure FDA0002510016740000034
……
Figure FDA0002510016740000035
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的金属箔涂布控制系统的金属箔涂布控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
若干个伺服电机分别从下位机获取相应的目标速度以及加速度，并分别控制对应的驱动辊启动运行，执行金属箔的放卷、牵引、涂布工序以及收卷/出料流程；
在启动工作后，根据所述下位机设定的加速度和目标速度，第二伺服电机控制第二驱动辊处于稳定运转状态；
第一张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第一伺服电机，所述第一伺服电机调整对应转矩，并控制所述第一驱动辊的扭矩，控制金属箔的实际张力与设定张力一致；
第二张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第三伺服电机，所述第三伺服电机调整对应转矩，并控制所述第三驱动辊的扭矩，保持金属箔的张力恒定；
第三张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第四伺服电机，所述第四伺服电机调整转矩，并控制所述第四驱动辊的扭矩，保持所述金属箔的张力恒定；
以此类推；
第N-2张力传感器获取当前金属箔的张力值，并将获取到的所述金属箔的张力值反馈给第N-1伺服电机，所述第N-1伺服电机调整转矩，并控制所述第N-1驱动辊的扭矩，保持所述金属箔的张力恒定；
第N-1张力传感器获取当前金属箔的张力值，所述第N伺服电机调整转矩，并控制所述第N驱动辊的扭矩，控制所述金属箔的收卷/出料。
9.根据权利要求8所述的金属箔涂布控制方法，其特征在于，各个伺服电机转矩分别控制对应的驱动辊的扭矩M；
其中，各个驱动辊的半径r、张力传感器的张力T和驱动辊的扭矩M之间存在如下函数关系：
Figure FDA0002510016740000041
Figure FDA0002510016740000042
Figure FDA0002510016740000043
Figure FDA0002510016740000044
……
Figure FDA0002510016740000045
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