CN112093530B - 高速收放卷的控制方法、控制系统及分切机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及高速收放卷的控制方法、控制系统及分切机；控制方法包括步骤：确定放料卷线速度及收料卷线速度；确定第一中间结果及第二中间结果；确定放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令；调整放料卷电机参数，放料卷速度环控制器采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机输出以控制放料卷的放卷速度；调整牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机输出以控制牵引辊的转动速度；调整收料卷电机参数，收料卷速度环控制器采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机输出以控制收料卷的收卷速度。从原理上克服了张力造成的影响，理论上的最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速，极大提升了收放卷的真实速度。

Description

高速收放卷的控制方法、控制系统及分切机

技术领域

本申请涉及分切领域，特别是涉及高速收放卷的控制方法、控制系统及分切机。

背景技术

分切机是将一大卷纸张，薄膜，无纺布，铝箔，云母带等各种薄材料分切成不同宽度小卷的设备，常用于造纸机械及印刷包装机械。

分切机的基本结构如图1所示，工作原理是在放料卷100、牵引辊300和收料卷500的共同牵引下，半径为R_u的放料卷100开始放卷，经过导向辊200的引导，薄膜按照一定的路线穿过牵引辊300，在经过张力辊400后缠绕在半径为R_w的收料卷500上。张力辊400用来检测薄膜的张力。

公开号为CN205294438U的中国专利公开了薄膜分切机，它包括放卷装置和机架，机架前端下方安装有展平辊，机架顶部安装有定位辊，定位辊后方的机架上依次设置有压辊和分切组件，压辊表面涂覆一层防静电涂料层，分切组件包括轴和固定于轴上的多个分切刀片，分切组件后端设置定速辊，定速辊后端安装有收卷辊，展平辊和定位辊之间安装有导向辊，机架两侧面沿竖直方向开设有滑轨，导向辊在滑轨内上下移动，导向辊端部通过锁扣件固定于滑轨内的某一位置。薄膜卷经过展平辊展平后，有利于分切，再经过导向辊、定位辊、压辊，导向辊在滑轨内上下移动，根据需要位置可调整，薄膜被平整有序的引向分切组件，分切组件将薄膜分切成若干段，在分切过程中不会变形、不会起皱，收卷好的成品料卷松紧均匀，膜卷端面整齐。

公开号为CN110422680A的中国专利公开了一种分切机，包括：墙板、放料机构、纠偏机构、张力机构、分切机构、收卷机构和张力补充机构墙板竖直设置；放料机构设置于墙板上，用于对宽幅料带进行放卷；纠偏机构设置放料机构的下游，用于对宽幅料带进行纠偏；张力机构设置于纠偏机构的下游，用于调节宽幅料带的张紧力度；分切机构设置于墙板的中部，用于将宽幅料带分切成多个窄幅料带；收卷机构的数目为多个，多个收卷机构均位于墙板的右侧，且多个收卷机构的高度不同；张力补充机构设置于分切机构和收卷机构之间，用于调节分切时的料带的张紧力度。该发明的分切机，不仅便于操作人员监控调节，而且便于物料管理，使收料过程更加稳定。

分切机的核心是在高速收放卷的情况下，保证张力恒定。高速收放卷是指收放卷的速度大于200米/分钟，尤其是收放卷的速度大于400米/分钟。由于整个分切机系统存在着强耦合、非线性、角速度、半径和惯量时变等特性，这些都会对张力产生影响。比如，随着放料卷的放卷，放料卷上的薄膜被分切转移到收料卷，放料卷的半径越来越小，收料卷半径越来越大，放卷和收卷线速度都会发生变化，张力也会发生变化。张力过大会引起材料变形，甚至造成薄膜断裂；张力过小薄膜不能完全舒展，收卷时会产生很多气泡，成品有褶皱和松弛现象。因此高精度的张力控制是保证分切质量的基础上，提高分切速度的关键。

国外分切机起步较早，已经有60多年的发展历史，许多欧洲、美国和日本的公司掌握了分切机的核心技术，其分切设备性能优异，最高速度已经能达到1200m/min，但是结构复杂；而国内分切机最高速度仅能达到450m/min。

发明内容

基于此，有必要提供一种高速收放卷的控制方法、控制系统及分切机。

一种高速收放卷的控制方法，其包括以下步骤：

确定放料卷线速度及收料卷线速度；

根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度确定第一中间结果；

根据张力指令及张力反馈确定第二中间结果；

根据第一中间结果及第二中间结果确定放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令；

根据放料卷线速度控制指令、放料卷半径及放料卷角速度调整放料卷速度环控制器的放料卷电机参数，放料卷速度环控制器采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机输出以控制放料卷的放卷速度；

根据牵引辊的线速度指令、牵引辊半径及放料卷角速度调整牵引辊速度环控制器的牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机输出以控制牵引辊的转动速度；

根据收料卷线速度控制指令、收料卷半径及收料卷角速度调整收料卷速度环控制器的收料卷电机参数，收料卷速度环控制器采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机输出以控制收料卷的收卷速度。

上述高速收放卷的控制方法，创新定义了放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令以实现高速收放卷过程中的有效张力控制，彻底解决了由于张力控制不符合高速收放卷实际情况所导致的材料变形、纵向条纹、错层、褶皱、翘边、暴筋、膜间滑动、松弛、拉伸及起泡等分切质量问题，从原理上克服了张力造成的影响，理论上的最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速，极大提升了收放卷的真实速度。

在其中一个实施例中，根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度确定第一中间结果，包括：根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果。

在其中一个实施例中，根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果，包括：采用线速度指令，以及放料卷线速度与收料卷线速度的和值的一半，做减法运算，再经线速度平动控制器进行线速度平动控制计算后，与线速度平动控制前馈补偿量做加法运算，得到第一中间结果。

在其中一个实施例中，根据张力指令及张力反馈确定第二中间结果，包括：根据张力指令及张力反馈经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制前馈补偿量确定第二中间结果。

在其中一个实施例中，根据张力指令及张力反馈经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制馈补偿量确定第二中间结果，包括：采用张力指令与张力反馈做减法运算，再经线速度同步控制器进行线速度同步控制计算后，与线速度同步控制前馈补偿量做加法运算，得到第二中间结果。

在其中一个实施例中，张力反馈通过张力传感器测量得到。

在其中一个实施例中，采用比例-积分-微分控制器配合低通滤波器和/或陷阱滤波器实现控制；或采用非线性控制器实现控制。

在其中一个实施例中，根据第一中间结果与第二中间结果做加法运算，得到放料卷线速度控制指令；采用第二中间结果与第一中间结果做减法运算，得到收料卷线速度控制指令。

一种高速收放卷的控制系统，其包括：

放料卷线速度计算模块，用于确定放料卷线速度；

收料卷线速度计算模块，用于确定收料卷线速度；

第一中间结果计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度确定第一中间结果；

第二中间结果计算模块，用于根据张力指令及张力反馈确定第二中间结果；

放料卷线速度控制指令计算模块，用于根据第一中间结果及第二中间结果确定放料卷线速度控制指令；

收料卷线速度控制指令计算模块，用于根据第一中间结果及第二中间结果确定收料卷线速度控制指令；

放料卷电机参数计算模块，用于根据放料卷线速度控制指令、放料卷半径及放料卷角速度调整放料卷速度环控制器的放料卷电机参数；

放料卷速度环控制器，用于采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机输出以控制放料卷的放卷速度；

牵引辊电机参数计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令、牵引辊半径及放料卷角速度调整牵引辊速度环控制器的牵引辊电机参数；

牵引辊速度环控制器，用于采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机输出以控制牵引辊的转动速度；

收料卷电机参数计算模块，用于根据收料卷线速度控制指令、收料卷半径及收料卷角速度调整收料卷速度环控制器的收料卷电机参数；

收料卷速度环控制器，用于采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机输出以控制收料卷的收卷速度。

一种分切机，其采用任一项所述高速收放卷的控制方法实现；或者具有所述高速收放卷的控制系统。

附图说明

图1为传统分切机的结构原理示意图。

图2为本申请一实施例的高速收放卷的控制方法流程示意图。

图3为本申请另一实施例的控制框架示意图。

图4为本申请另一实施例的放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令的框架示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

高速收放卷的控制难点在于，随着原材料的放卷，放卷轴的半径越来越小，放卷线速度会发生变化，张力也会发生变化。另一方面，随着收卷的进行，收卷轴半径越来越大，张力也会发生变化。张力过大会引起材料变形，甚至造成薄膜断裂；张力过小薄膜不能完全舒展，收卷时成品松弛，次品较多。所以，要实现高速分切，关键是要实现高精度张力控制。除了跟材料的物理特性，以及分切机的几何尺寸等常量，决定张力大小的关键因素是放料卷和收料卷的速度差。所以只要能精确保证上述速度差就能实现高精度的张力控制。在本申请一个实施例中，如图1所示，一种高速收放卷的控制方法，其包括以下步骤：确定放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w；根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w确定第一中间结果u₁；根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb确定第二中间结果u₂；根据第一中间结果u₁及第二中间结果u₂确定放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂；根据放料卷线速度控制指令F₁、放料卷半径R_u及放料卷角速度ω_u调整放料卷速度环控制器VC_u的放料卷电机参数，放料卷速度环控制器VC_u采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机M_u输出以控制放料卷的放卷速度；根据牵引辊的线速度指令V_ref、牵引辊半径R_D及牵引辊角速度ω_D调整牵引辊速度环控制器VC_D的牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器VC_D采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机M_D输出以控制牵引辊的转动速度；根据收料卷线速度控制指令F₂、收料卷半径R_w及收料卷角速度ω_w调整收料卷速度环控制器VC_w的收料卷电机参数，收料卷速度环控制器VC_w采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机M_w输出以控制收料卷的收卷速度。上述高速收放卷的控制方法，创新定义了放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令以实现高速收放卷过程中的有效张力控制，彻底解决了由于张力控制不符合高速收放卷实际情况所导致的材料变形、纵向条纹、错层、褶皱、翘边、暴筋、膜间滑动、松弛、拉伸及起泡等分切质量问题，从原理上克服了张力造成的影响，理论上的最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速，极大提升了收放卷的真实速度。

在其中一个实施例中，一种高速收放卷的控制方法，其包括以下实施例的部分步骤或全部步骤；即，所述高速收放卷的控制方法包括以下的部分技术特征或全部技术特征。

在其中一个实施例中，确定放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w；在其中一个实施例中，分别采用速度传感器获取放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w。例如，一种高速收放卷的控制方法，其包括以下步骤：分别采用速度传感器获取放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w；根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w确定第一中间结果u₁；根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb确定第二中间结果u₂；根据第一中间结果u₁及第二中间结果u₂确定放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂；根据放料卷线速度控制指令F₁、放料卷半径R_u及放料卷角速度ω_u调整放料卷速度环控制器VC_u的放料卷电机参数，放料卷速度环控制器VC_u采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机M_u输出以控制放料卷的放卷速度；根据牵引辊的线速度指令V_ref、牵引辊半径R_D及牵引辊角速度ω_D调整牵引辊速度环控制器VC_D的牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器VC_D采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机M_D输出以控制牵引辊的转动速度；根据收料卷线速度控制指令F₂、收料卷半径R_w及收料卷角速度ω_w调整收料卷速度环控制器VC_w的收料卷电机参数，收料卷速度环控制器VC_w采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机M_w输出以控制收料卷的收卷速度。其余实施例以此类推，不做赘述。在其中一个实施例中，分别采用线速度传感器获取放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w。进一步地，在其中一个实施例中，分别采用高精度线速度传感器获取放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w；和/或，分别采用激光测量方式获取放料卷半径R_u及收料卷半径R_w。进一步地，在其中一个实施例中，确定放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w，包括：根据放料卷角速度ω_u及放料卷半径R_u计算放料卷线速度V_u；和/或，根据收料卷角速度ω_w及收料卷半径R_w计算收料卷线速度V_w。这样的设计，有利于提供精确的放料卷线速度V_u、收料卷线速度V_w、放料卷半径R_u及收料卷半径R_w，配合计算放料卷速度环控制器VC_u的放料卷电机参数及收料卷速度环控制器VC_w的收料卷电机参数，这就是实现高速分切的关键，从而有利于提升收放卷的速度，进而提升分切速度。

在其中一个实施例中，根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w确定第一中间结果u₁；在其中一个实施例中，根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w确定第一中间结果u₁，包括：根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量FF₁确定第一中间结果u₁。进一步地，在其中一个实施例中，根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w确定第一中间结果u₁，包括：根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w经过线速度平动控制器C_trans进行线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量FF₁确定第一中间结果u₁。在其中一个实施例中，根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果u₁，包括：采用线速度指令V_ref，以及放料卷线速度V_u与收料卷线速度V_w的和值的一半，做减法运算，再经线速度平动控制器C_trans进行线速度平动控制计算后，与线速度平动控制前馈补偿量FF₁做加法运算，得到第一中间结果u₁。在其中一个实施例中，线速度平动控制亦称线速度平移控制。这样的设计，能够得到一个重要的第一中间结果u₁，配合其他步骤的第二中间结果u₂，有利于准确实现控制放料卷和收料卷的速度差。

在其中一个实施例中，根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb确定第二中间结果u₂；在其中一个实施例中，张力反馈T_fb通过张力传感器测量得到。在其中一个实施例中，根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb确定第二中间结果u₂，包括：根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制前馈补偿量FF₂确定第二中间结果u₂。进一步地，在其中一个实施例中，根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb确定第二中间结果u₂，包括：根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制器C_syn进行线速度同步控制前馈补偿量FF₂确定第二中间结果u₂。在其中一个实施例中，根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制馈补偿量FF₂确定第二中间结果u₂，包括：采用张力指令T_ref与张力反馈T_fb做减法运算，再经线速度同步控制器C_syn进行线速度同步控制计算后，与线速度同步控制前馈补偿量FF₂做加法运算，得到第二中间结果u₂。进一步地，在其中一个实施例中，预设置或调整线速度平动控制前馈补偿量FF₁及线速度同步控制前馈补偿量FF₂。进一步地，在其中一个实施例中，还根据纵向的当前设备时间线数据统计及横向的同类设备数据统计结果，调整线速度平动控制前馈补偿量FF₁及线速度同步控制前馈补偿量FF₂。这样的设计，放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂；有利于通过张力指令T_ref及张力反馈T_fb等指标，将惯量和摩擦力等补偿体现于放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂中，有利于准确地控制放料卷和收料卷的速度差，从而有利于在高速放卷和收卷的同时，实现高精度的张力控制，这就是实现高速分切的关键技术点。

在其中一个实施例中，根据第一中间结果u₁及第二中间结果u₂确定放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂；在其中一个实施例中，根据第一中间结果u₁与第二中间结果u₂做加法运算，得到放料卷线速度控制指令F₁；采用第二中间结果u₂与第一中间结果u₁做减法运算，得到收料卷线速度控制指令F₂。进一步地，在其中一个实施例中，所述高速收放卷的控制方法还包括步骤：根据材料即放卷材料设置张力指令T_ref。这样，得到了能够准确反映张力的放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂，由于张力变化较大，因此传统收放卷通常要求卷径比最好能够小于10以便控制，且要求卷径比最高不得高于15以免由于张力控制精度不足而导致分切质量下降造成不良。但是采用本申请各实施例所述高速收放卷的控制方法，对于张力实现了高精度控制，而且计算简单，有利于实现快速响应，且在快速响应的前提下实现稳定控制，因此有利于提升卷径比超过15乃至20，在确保分切质量的同时有利于处理更大量的分切材料，一方面提升了分切效率，另一方面节省了成本。根据本申请的控制思路，分切速度提高的极限是电机性能的极限，也就是电机转速的上限。例如2级电机的转速为3000R/min，4级电机的转速为1500R/min；6级电机的转速为1000R/min，只需分切材料例如薄膜能够配合即可，这是传统技术所无法做到的。

在其中一个实施例中，根据放料卷线速度控制指令F₁、放料卷半径R_u及放料卷角速度ω_u调整放料卷速度环控制器VC_u的放料卷电机参数，放料卷速度环控制器VC_u采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机输出以控制放料卷的放卷速度；根据牵引辊的线速度指令V_ref、牵引辊半径R_D及牵引辊角速度ω_D调整牵引辊速度环控制器VC_D的牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器VC_D采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机输出以控制牵引辊的转动速度；根据收料卷线速度控制指令F₂、收料卷半径R_w及收料卷角速度ω_w调整收料卷速度环控制器VC_W的收料卷电机参数，收料卷速度环控制器VC_W采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机输出以控制收料卷的收卷速度。在其中一个实施例中，采用比例-积分-微分(PID，Proportion Integration Differentiation)控制器配合低通滤波器和/或陷阱滤波器实现控制，各实施例中的所有控制器，其形式可以为PID+低通滤波器+陷阱滤波器的形式。例如，采用PID控制器配合低通滤波器和/或陷阱滤波器实现控制放料卷伺服电机输出及控制放料卷的放卷速度、控制牵引辊伺服电机输出及控制牵引辊的转动速度、控制收料卷伺服电机输出及控制收料卷的收卷速度。或者，在其中一个实施例中，采用非线性控制器实现控制。如前所述，决定张力大小的关键因素是放料卷和收料卷的速度差，而这样的设计，创新定义了放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令，从原理上克服了张力造成的影响，只要能精确保证上述速度差就能实现高精度的张力控制，彻底解决了由于张力控制不符合高速收放卷实际情况所导致的材料变形、纵向条纹、错层、褶皱、翘边、暴筋、膜间滑动、松弛、拉伸及起泡等分切质量问题，理论上的最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速，极大提升了收放卷的真实速度。

请参考图1，放料卷的材料顺序经过导向辊、牵引辊、张力辊后缠绕在收料卷上，线速度V＝角速度ω×半径R，角速度ω＝2πn×60，其中n为转速；对于放料卷线速度V_u、牵引辊线速度V_D及收料卷线速度V_w均适用。如图3所示，对放料卷半径R_u的倒数与放料卷线速度控制指令F₁做求积运算得到积值，放料卷角速度ω_u减去该积值，得到的差值作为放料卷电机参数，放料卷速度环控制器VC_u采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机M_u输出，控制放料卷的放卷速度，使得放卷速度能够准确反映张力反馈T_fb的作用。

对牵引辊半径R_D的倒数与牵引辊的线速度指令V_ref做求积运算得到积值，亦即采用牵引辊的线速度指令V_ref除以牵引辊半径R_D得到商值，牵引辊角速度ω_D减去该积值或商值，得到的差值作为牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器VC_D采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机M_D输出，控制牵引辊的转动速度，使得牵引速度能够准确反映张力反馈T_fb的作用，确保前后张力的一致性。

对收料卷半径R_w的倒数与收料卷线速度控制指令F₂做求积运算得到积值，收料卷角速度ω_w减去该积值，得到的差值作为收料卷电机参数，收料卷速度环控制器VC_w采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机M_w输出，控制收料卷的收卷速度，使得收卷速度能够准确反映张力反馈T_fb的作用。

这里体现的是放料卷、牵引卷、收料卷的角速度控制环路，放料卷、牵引辊和收料卷分别在速度环控制器VC_u、VC_D和VC_w的控制下实现转动。其中，由于牵引卷的半径固定，所以角速度直接可通过线速度指令计算得到：Vref/RD；而放料卷和收料卷的线速度指令F1和F2通过如图4所示方式得到。

如图4所示，放料卷线速度V_u与收料卷线速度V_w的和值取半，得到半值；牵引辊的线速度指令V_ref与该半值做减法运算，经线速度平动控制器C_trans进行线速度平动控制计算后，与线速度平动控制前馈补偿量FF₁做加法运算，得到第一中间结果u₁；张力指令T_ref与张力反馈T_fb做减法运算，经线速度同步控制器C_syn进行线速度同步控制计算后，与线速度同步控制前馈补偿量FF₂做加法运算，得到第二中间结果u₂。第一中间结果u₁与第二中间结果u₂做加法运算，得到放料卷线速度控制指令F₁；第二中间结果u₂与第一中间结果u₁做减法运算，得到收料卷线速度控制指令F₂。这样，就可以得到包含惯量和摩擦力等补偿及精准反映张力反馈T_fb作用的放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂，有利于准确控制放料卷的放卷速度、牵引辊的转动速度及收料卷的收卷速度，从而有利于精确控制收放卷各位置的张力，进而有利于在保证分切质量的前提下提高分切速度。

上述实施例中，主要是根据给定的线速度、张力指令和张力反馈，计算放料卷线速度控制指令F₁及收料卷线速度控制指令F₂，其中，线速度平动控制器C_trans和线速度平动控制前馈补偿量FF₁实现放料卷和收料卷的线速度维持在牵引辊的线速度指令V_ref一定范围内；对于传统技术而言，牵引辊的线速度指令V_ref通常也是放料卷和收料卷的线速度指令，但是如前所述，这个牵引辊的线速度指令V_ref作为放料卷和收料卷的线速度指令是不合适的，严重限制了收放卷的速度，所以需要调整放料卷和收料卷的速度差；线速度同步控制器C_syn和线速度同步控制前馈补偿量FF₂实现放料卷和收料卷在以基本的V_ref线速度转动同时，精确地保证设定的线速度差，有利于实现高精度的张力控制。

在其中一个实施例中，一种高速收放卷的控制系统，其采用上述任一实施例所述高速收放卷的控制方法实现。在其中一个实施例中，所述高速收放卷的控制系统具有用于实现所述高速收放卷的控制方法各步骤的功能模块。在其中一个实施例中，一种高速收放卷的控制系统，其包括：放料卷线速度V_u计算模块，用于确定放料卷线速度V_u；收料卷线速度V_w计算模块，用于确定收料卷线速度V_w；第一中间结果u₁计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w确定第一中间结果u₁；第二中间结果u₂计算模块，用于根据张力指令T_ref及张力反馈T_fb确定第二中间结果u₂；放料卷线速度控制指令F₁计算模块，用于根据第一中间结果u₁及第二中间结果u₂确定放料卷线速度控制指令F₁；收料卷线速度控制指令F₂计算模块，用于根据第一中间结果u₁及第二中间结果u₂确定收料卷线速度控制指令F₂；放料卷电机参数计算模块，用于根据放料卷线速度控制指令F₁、放料卷半径R_u及放料卷角速度ω_u调整放料卷速度环控制器VC_u的放料卷电机参数；放料卷速度环控制器VC_u，用于采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机M_u输出以控制放料卷的放卷速度；牵引辊电机参数计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令V_ref、牵引辊半径R_D及牵引辊角速度ω_D调整牵引辊速度环控制器VC_D的牵引辊电机参数；牵引辊速度环控制器VC_D，用于采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机M_D输出以控制牵引辊的转动速度；收料卷电机参数计算模块，用于根据收料卷线速度控制指令F₂、收料卷半径R_w及收料卷角速度ω_w调整收料卷速度环控制器VC_w的收料卷电机参数；收料卷速度环控制器VC_w，用于采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机M_w输出以控制收料卷的收卷速度。在其中一个实施例中，第一中间结果u₁计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令V_ref、放料卷线速度V_u及收料卷线速度V_w经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量FF₁确定第一中间结果u₁。进一步地，在其中一个实施例中，所述高速收放卷的控制系统还包括放料卷伺服电机M_u、牵引辊伺服电机M_D及收料卷伺服电机M_w。其余实施例以此类推，不做赘述。进一步地，在其中一个实施例中，所述高速收放卷的控制系统还包括：放料卷角速度ω_u测量模块，用于测量放料卷角速度ω_u；以及，放料卷半径R_u测量模块，用于测量放料卷半径R_u；并且，所述放料卷线速度V_u计算模块用于根据放料卷角速度ω_u及放料卷半径R_u计算放料卷线速度V_u。在其中一个实施例中，所述高速收放卷的控制系统还包括：收料卷角速度ω_w测量模块，用于测量收料卷角速度ω_w；以及，收料卷半径R_w测量模块，用于测量收料卷半径R_w；并且，所述收料卷线速度V_w计算模块用于根据收料卷角速度ω_w及收料卷半径R_w计算收料卷线速度V_w。上述高速收放卷的控制系统，创新定义了放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令以实现高速收放卷过程中的有效张力控制，彻底解决了由于张力控制不符合高速收放卷实际情况所导致的材料变形、纵向条纹、错层、褶皱、翘边、暴筋、膜间滑动、松弛、拉伸及起泡等分切质量问题，从原理上克服了张力造成的影响，理论上的最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速，极大提升了收放卷的真实速度。

在其中一个实施例中，一种分切机，其采用任一实施例所述高速收放卷的控制方法实现；或者具有任一实施例所述高速收放卷的控制系统。

需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的高速收放卷的控制方法、控制系统及分切机。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高速收放卷的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定放料卷线速度及收料卷线速度，其中，根据放料卷角速度及放料卷半径计算放料卷线速度，根据收料卷角速度及收料卷半径计算收料卷线速度；

根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果；

根据张力指令及张力反馈经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制前馈补偿量确定第二中间结果；其中，根据放卷材料设置张力指令，还根据纵向的当前设备时间线数据统计及横向的同类设备数据统计结果，调整线速度平动控制前馈补偿量及线速度同步控制前馈补偿量；

根据第一中间结果及第二中间结果确定放料卷线速度控制指令及收料卷线速度控制指令；其中，采用第一中间结果与第二中间结果做加法运算，得到放料卷线速度控制指令，采用第二中间结果与第一中间结果做减法运算，得到收料卷线速度控制指令；

根据放料卷线速度控制指令、放料卷半径及放料卷角速度调整放料卷速度环控制器的放料卷电机参数，放料卷速度环控制器采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机输出以控制放料卷的放卷速度；

根据牵引辊的线速度指令、牵引辊半径及牵引辊角速度调整牵引辊速度环控制器的牵引辊电机参数，牵引辊速度环控制器采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机输出以控制牵引辊的转动速度；

根据收料卷线速度控制指令、收料卷半径及收料卷角速度调整收料卷速度环控制器的收料卷电机参数，收料卷速度环控制器采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机输出以控制收料卷的收卷速度；其中，通过准确控制放料卷和收料卷的速度差使得最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速。

2.根据权利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度确定第一中间结果，包括：

根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度经过线速度平动控制器进行线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果。

3.根据权利要求2所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果，包括：

采用线速度指令，以及放料卷线速度与收料卷线速度的和值的一半，做减法运算，再经线速度平动控制器进行线速度平动控制计算后，与线速度平动控制前馈补偿量做加法运算，得到第一中间结果。

4.根据权利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根据张力指令及张力反馈确定第二中间结果，包括：

根据张力指令及张力反馈经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制器进行线速度同步控制前馈补偿量确定第二中间结果。

5.根据权利要求4所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根据张力指令及张力反馈经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制馈补偿量确定第二中间结果，包括：

采用张力指令与张力反馈做减法运算，再经线速度同步控制器进行线速度同步控制计算后，与线速度同步控制前馈补偿量做加法运算，得到第二中间结果。

6.根据权利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，张力反馈通过张力传感器测量得到。

7.根据权利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，采用比例-积分-微分控制器配合低通滤波器和/或陷阱滤波器实现控制；或采用非线性控制器实现控制。

8.根据权利要求1至7中任一项所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，卷径比超过15。

9.一种高速收放卷的控制系统，其特征在于，包括：

放料卷线速度计算模块，用于确定放料卷线速度，其中，根据放料卷角速度及放料卷半径计算放料卷线速度；

收料卷线速度计算模块，用于确定收料卷线速度，其中，根据收料卷角速度及收料卷半径计算收料卷线速度；

第一中间结果计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令、放料卷线速度及收料卷线速度经过线速度平动控制计算后，结合线速度平动控制前馈补偿量确定第一中间结果，其中，还根据纵向的当前设备时间线数据统计及横向的同类设备数据统计结果，调整线速度平动控制前馈补偿量；

第二中间结果计算模块，用于根据张力指令及张力反馈经过线速度同步控制计算后，结合线速度同步控制前馈补偿量确定第二中间结果；其中，根据放卷材料设置张力指令，还根据纵向的当前设备时间线数据统计及横向的同类设备数据统计结果，调整线速度同步控制前馈补偿量；

放料卷线速度控制指令计算模块，用于根据第一中间结果及第二中间结果确定放料卷线速度控制指令，其中，采用第一中间结果与第二中间结果做加法运算，得到放料卷线速度控制指令；

收料卷线速度控制指令计算模块，用于根据第一中间结果及第二中间结果确定收料卷线速度控制指令，其中，采用第二中间结果与第一中间结果做减法运算，得到收料卷线速度控制指令；

放料卷电机参数计算模块，用于根据放料卷线速度控制指令、放料卷半径及放料卷角速度调整放料卷速度环控制器的放料卷电机参数；

放料卷速度环控制器，用于采用放料卷电机参数控制放料卷伺服电机输出以控制放料卷的放卷速度；

牵引辊电机参数计算模块，用于根据牵引辊的线速度指令、牵引辊半径及牵引辊角速度调整牵引辊速度环控制器的牵引辊电机参数；

牵引辊速度环控制器，用于采用牵引辊电机参数控制牵引辊伺服电机输出以控制牵引辊的转动速度；

收料卷电机参数计算模块，用于根据收料卷线速度控制指令、收料卷半径及收料卷角速度调整收料卷速度环控制器的收料卷电机参数；

收料卷速度环控制器，用于采用收料卷电机参数控制收料卷伺服电机输出以控制收料卷的收卷速度；其中，通过准确控制放料卷和收料卷的速度差使得最高收放卷速度仅受限于材料及电机转速。

10.一种分切机，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述高速收放卷的控制方法实现；或者具有权利要求9所述高速收放卷的控制系统。

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