CN113515046A - 一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法 - Google Patents

一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法 Download PDF

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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Abstract

本发明公开了一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，包括以下步骤：建立收卷张力系统非线性数学模型；基于收卷张力系统非线性化数学模型分析当前级张力单元的张力扰动量；采用前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用比例‑积分‑微分控制器控制当前级张力单元的输入量和输出量，完成卷筒料涂布机收卷张力的控制。本发明的张力控制方法有机融合和前馈控制和PID控制，实现了对卷筒料涂布机收卷张力的高精度控制。

Description

一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法
技术领域
本发明属于卷筒料涂布机技术领域，具体属于一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法。
背景技术
涂布是将糊状聚合物、熔融态聚合物或聚合物熔液涂布于纸、布、塑料薄膜上制得复合材料(膜)的方法。涂布加工技术作为完善材料物化特性和以图层为特征新产品开发的重要手段，已被广泛应用于轻工业造纸、塑料薄膜深加工、信息材料等重要工业领域。除了传统工业领域的广泛应用，涂布技术在印刷电子器件制造领域也具有广阔的发展前景。涂布技术可以满足很多电子器件或设备对涂层的特殊要求，因而可用于电子器件制造，利用涂布技术可以实现印刷电子产品低成本、绿色化生产。卷筒料涂布机具有涂层厚实、工艺稳定、短墨路等特点，是高效率、低成本、连续大批量生产印刷电子器件的理想设备，印刷电子产业的发展，对高端卷筒料涂布机产生巨大需求。
目前，卷筒料涂布机还存在涂布速度低、涂布精度低、制造工艺与装备水平差等问题，尤其是控制系统性能不足，与国外同类产品有较大差距。张力控制系统作为卷筒料涂布机最核心的控制系统，是设备正常运转的前提和保障。收卷张力系统作为整个张力系统的收尾部分，其控制精度直接影响了基材复卷质量，对产品质量的作用至关重要。因此，为解决影响卷筒料涂布机收卷张力控制精度提高的关键问题，需要提出能够实现收卷张力系统高精度控制的方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，解决目前卷筒涂料机收卷张力控制精度差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，包括以下步骤：
建立收卷张力系统非线性数学模型；
基于收卷张力系统非线性化数学模型分析当前级张力单元的张力扰动量；
采用前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用比例-积分-微分控制器控制当前级张力单元的输入量和输出量，完成卷筒料涂布机收卷张力的控制。
进一步的，建立的收卷张力系统非线性数学模型为：
Figure BDA0003169463390000021
式中：T1(t)为收卷牵引张力单元基材张力；T2(t)为收卷张力单元基材张力；Tc(t)为冷却张力单元基材张力；L1(t)为收卷牵引张力单元基材实时长度；L2(t)为收卷张力单元基材实时长度；A为基材横截面积；E为基材弹性模量；V1(t)为收卷牵引机组的线速度，V2(t)为收卷机组的线速度，Vc(t)为冷却机组的线速度。
进一步的，建立收卷张力系统非线性数学模型后还包括对收卷张力系统非线性数学模型采用小偏差法线性化处理，线性化处理后的收卷张力系统模型为：
Figure BDA0003169463390000022
式中：：V1(s)为收卷牵引机组线速度的复数域形式，Vc(s)为冷却机组线速度的复数域形式，Tc(s)为冷却张力单元基材张力的复数域形式，V2(s)为收卷机组线速度的复数域形式，T1(s)为收卷牵引张力单元基材张力的复数域形式，T2(s)为收卷张力单元基材张力的复数域形式，GA1(s)为收卷牵引张力单元主回路传递函数，GΔVc(s)为扰动量Vc对收卷牵引张力单元基材张力的传递函数，GΔTc(s)为扰动量Tc对收卷牵引张力单元基材张力的传递函数，GΔV1(s)为扰动量V1对收卷张力单元基材张力的传递函数，GΔT1(s)为扰动量T1对收卷张力单元基材张力的传递函数；
在收卷牵引张力单元中，T1是输出量，V1是输入量，Vc、Tc是扰动量；在收卷张力单元中，T2是输出量，V2是输入量，V1、T1是扰动量。
进一步的，基于线性化处理后的收卷张力系统模型及不变性原理得到前馈控制器传递函数为：
Figure BDA0003169463390000031
前馈控制器传递函数为前馈控制器。
进一步的，前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用比例-积分-微分控制器控制当前级张力单元的输入量和输出量的具体方式如下：对收卷牵引张力单元进行张力控制时，通过前馈控制器GV1补偿冷却机组线速度对收卷牵引张力单元的扰动Vc，通过前馈控制器GT1补偿冷却张力单元基材张力对收卷牵引张力单元的扰动Tc，针对主回路传递函数GA1(s)设计比例-积分-微分控制器，利用前馈控制器与比例-积分-微分控制器共同调整收卷牵引机组线速度V1(t)，完成收卷牵引张力单元的张力控制；
对收卷张力单元进行张力控制时，是通过前馈控制器GV2补偿收卷牵引机组线速度对收卷张力单元的扰动V1，通过前馈控制器GT2补偿收卷牵引张力单元基材张力对收卷张力单元的扰动T1，针对主回路传递函数GA2(s)设计比例-积分-微分控制器，利用前馈控制器与比例-积分-微分控制器共同调整收卷机组线速度V2(t)，完成卷筒料涂布机收卷张力的控制。
进一步的，对收卷牵引张力单元进行张力控制的具体过程如下：
采集收卷牵引张力单元基材张力T1，判断T1是否满足T1∈[T*-1，T*+1]的控制精度要求，T*为张力稳态值，若满足控制精度要求，则不对收卷牵引机组线速度进行调整，否则将计算收卷牵引张力单元中前馈控制器和比例-积分-微分控制器输出V1(t)，所述V1(t)为：
V1(t)＝VV1(t)+VT1(t)+VP1(t)
式中：VV1(t)为收卷牵引张力单元中冷却机组线速度扰动的前馈补偿量，VT1(t)为收卷牵引张力单元中冷却张力单元张力扰动的前馈补偿量，VP1(t)为收卷牵引张力单元中比例-积分-微分控制器的输出量。
进一步的，对收卷张力单元进行张力控制的具体步骤如下：
采集收卷张力单元基材张力T2，判断T2是否满足T2∈[T*-1，T*+1]的控制精度要求，若满足控制精度要求，则不对收卷机组线速度进行调整，否则将计算收卷张力单元前馈控制器和比例-积分-微分控制器输出V2(t)，所述V2(t)为：
V2(t)＝VV2(t)+VT2(t)+VP2(t)
式中：VV2(t)为收卷牵引机组线速度扰动的前馈补偿量，VT2(t)为收卷牵引张力单元的张力扰动的前馈补偿量，VP2(t)为比例-积分-微分控制器的输出量。
进一步的，前馈控制器和比例-积分-微分控制器对卷筒料涂布机收卷张力的控制性能通过MATLAB软件验证。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供了一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，首先建立收卷张力系统非线性数学模型，而且卷筒料涂布机收卷张力系统是存在多源扰动的非线性系统，以收卷张力系统非线性化数学模型为基础，能够对当前级的张力单元进行张力扰动量的分析，利用前馈控制器对系统扰动量进行提前补偿，可有效解决收卷张力系统多源扰动的问题，利用比例-积分-微分控制器能够控制当前级张力单元的输入和输出回路。该张力控制方法有机融合和前馈控制和PID控制，实现了对卷筒料涂布机收卷张力的高精度控制。
进一步的，线性化处理后的收卷张力系统模型，可更直观反映各张力单元的输入量及扰动量，全面反映了张力影响因素。
进一步的，线性化处理收卷张力系统模型前，通过转换系统模型，更加便于后续计算，提高运算速度。
进一步的，按照所设计的收卷张力系统控制流程进行收卷张力控制，可以实现当所采集的收卷张力系统的张力不满足控制精度要求时，依次计算各张力单元前馈控制器的补偿量和PID控制器的控制量，完成对收卷张力系统的高精度张力控制。
附图说明
图1为本发明中卷筒料涂布机收卷张力控制系统结构示意图；
图2为本发明中收卷牵引张力单元前馈PID控制器结构示意图；
图3是本发明中收卷张力单元前馈PID控制器结构示意图；
图4是本发明中收卷张力控制流程图；
图5是本发明中使用普通PID控制器2s时产生5N张力阶跃，
图6是本发明中使用普通PID控制器5s时产生10r/min速度扰动的张力响应曲线图；
图7是本发明中使用前馈PID控制器2s时产生5N张力阶跃曲线图；
图8是本发明中使用前馈PID控制器5s时产生10r/min速度扰动的张力响应曲线图；
图9是本发明中使用普通PID控制器2s时产生5N张力扰动曲线图；
图10是本发明中使用普通PID控制器7s时产生-5N张力扰动的张力响应曲线图；
图11是本发明中使用前馈PID控制器2s时产生5N张力扰动曲线图，
图12是本发明中使用前馈PID控制器7s时产生-5N张力扰动的张力响应曲线图。
附图中：1-张力传感器，2-冷却机组，3-收卷牵引机组，4-收卷机组，5-收卷牵引张力单元摆辊机构，6-收卷张力单元摆辊机构，7-冷却机组伺服电机，8-收卷牵引机组伺服电机，9-收卷机组伺服电机，10-冷却张力单元，11-收卷牵引张力单元，12-收卷张力单元，13-前馈PID控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明提供一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，在对收卷张力系统建模前提出基本假设，建立收卷张力系统非线性数学模型，对收卷张力系统和各张力单元耦合机理进行分析，然后利用小偏差法对该模型进行线性化，分析当前级张力单元的张力扰动量；进一步利用不变性原理设计前馈控制器，再结合PID控制器(比例-积分-微分控制器)组成前馈PID控制器13，通过前馈PID控制器13完成基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力系统控制器设计，即采用前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用PID控制器13控制当前级张力单元的输入量和输出量。接着制定收卷张力系统前馈PID控制器的控制流程，并在MATLAB软件中对该控制器控制性能进行仿真验证，最终实现涂布机收卷张力的高精度控制。
如图1和图2和图3所示，在本实施例中，收卷张力系统由收卷牵引张力单元11和收卷张力单元12组成，其中收卷牵引张力单元由冷却机组2、收卷牵引张力单元摆辊机构5、收卷牵引机组3组成，收卷张力单元由收卷牵引机组3、收卷张力单元摆辊机构6、收卷机组4组成；冷却机组2由冷却机组伺服电机7驱动、收卷牵引机组3由收卷牵引机组伺服电机8驱动、收卷机组4由收卷机组伺服电机9驱动，收卷牵引机组3既存在于收卷牵引张力单元11，同时也存在于收卷张力单元12，两张力单元之间存在耦合作用。
摆辊机构是一种张力检测部件，可检测本张力单元的张力变化，也具有抑制张力突变的作用，同时安装于收卷牵引张力单元和收卷张力单元。
根据卷筒料涂布机结构及涂布产品特点，对收卷张力系统提出基本假设，建立收卷张力系统非线性模型，具体为：提出的基本假设包括：①料带与辊筒间是纯滚动；②排除环境对料带质量的影响；③忽略料带的塑性形变；④料带横截面积恒定；⑤料带的应变量是微小的。
基于质量守恒原理，建立的收卷张力系统非线性数学模型为：
Figure BDA0003169463390000071
其中：T1(t)为收卷牵引张力单元基材张力，通过收卷牵引张力单元摆辊机构进行测量；T2(t)为收卷张力单元基材张力，通过收卷张力单元摆辊机构进行测量；Tc(t)为冷却张力单元10基材张力，通过张力传感器1进行测量；L1(t)为收卷牵引张力单元基材实时长度；L2(t)为收卷张力单元基材实时长度，基材长度随着摆辊摆臂偏转角度变化；A为基材横截面积；E为基材弹性模量；Rc为冷却辊半径；R1为收卷牵引辊半径；R2(t)为收卷辊半径，随着收卷过程的进行持续增大；ωc为冷却机组电机角速度，通过伺服电机编码器测量；ω1(t)为收卷牵引机组电机角速度，通过伺服电机编码器测量；ω2(t)为收卷机组的电机角速度，通过伺服电机编码器测量。
利用小偏差法对所建立的非线性模型(1)进行线性化，分析各张力单元的控制量、输出量和扰动量，具体为：为了便于后续计算，将公式(1)中各电机的角速度转化为线速度，由于冷却机组、收卷牵引机组、收卷机组均由对应伺服电机直接驱动，因此收卷张力模型可重写为：
Figure BDA0003169463390000072
其中：T1(t)为收卷牵引张力单元基材张力；T2(t)为收卷张力单元基材张力；Tc(t)为冷却张力单元基材张力；L1(t)为收卷牵引张力单元基材实时长度；L2(t)为收卷张力单元基材实时长度；A为基材横截面积；E为基材弹性模量；V1(t)为收卷牵引机组的线速度，V2(t)为收卷机组的线速度，Vc(t)为冷却机组的线速度。
根据小偏差法，设模型变量均在稳定工作点附近变化，则：
Figure BDA0003169463390000081
其中：V*为各机组稳态线速度，T*为稳态张力，ΔVi(t)、ΔTi(t)为各变量在稳态工作点附近的微小波动量。
令两张力单元稳态速度和稳态张力相同，将公式(3)代入(2)中，并忽略高阶小量，且由于摆辊摆臂偏转较小，因此忽略基材长度受摆辊的影响，进而得到：
Figure BDA0003169463390000082
对公式(4)进行拉普拉斯变换且省略掉符号“Δ”后可得：
Figure BDA0003169463390000083
为了区分各单元控制量及扰动量的传递函数，将公式(5)重新整理为：
Figure BDA0003169463390000084
式中：V1(s)为收卷牵引机组线速度的复数域形式，Vc(s)为冷却机组线速度的复数域形式，Tc(s)为冷却张力单元基材张力的复数域形式，V2(s)为收卷机组线速度的复数域形式，T1(s)为收卷牵引张力单元基材张力的复数域形式，T2(s)为收卷张力单元基材张力的复数域形式，GA1(s)为收卷牵引张力单元主回路传递函数，GΔVc(s)为扰动量Vc对收卷牵引张力单元基材张力的传递函数，GΔTc(s)为扰动量Tc对收卷牵引张力单元基材张力的传递函数，GΔV1(s)为扰动量V1对收卷张力单元基材张力的传递函数，GΔT1(s)为扰动量T1对收卷张力单元基材张力的传递函数；
将公式(6)中V1(s)和V2(s)分别进行拉普拉斯反变换，得到控制量V1(t)、V2(t)，它们所对应的传递函数GA1(s)、GA2(s)为：
Figure BDA0003169463390000091
收卷牵引张力单元前级速度扰动Vc和收卷张力单元前级速度扰动V1对应的传递函数GΔVc(s)、GΔV1(s)为：
Figure BDA0003169463390000092
收卷牵引张力单元前级张力扰动Tc和收卷张力单元前级张力扰动T1对应的传递函数GΔTc(s)、GΔT1(s)为：
Figure BDA0003169463390000093
通过公式(6)可以看出，在收卷牵引张力单元中，T1是输出量，V1是输入量，Vc、Tc是扰动量；在收卷张力单元中，T2是输出量，V2是输入量，V1、T1是扰动量。
采用前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用PID控制器控制当前级张力单元的输入量和输出量，完成卷筒料涂布机收卷张力的控制的具体过程如下，由公式(6)可以看出，各前级电机转速和各前段张力的波动会作为扰动传递给下一阶段的张力单元，因此需通过前馈控制器对各扰动量进行补偿，PID控制器则是针对传递函数GA1(s)和GA2(s)进行设计。根据叠加原理，系统输出量T1(t)和T2(t)的复数域表达式为：
Figure BDA0003169463390000101
其中：GP1(s)和GP2(s)分别为两PID控制器传递函数，GV1(s)和GV2(s)分别是针对两张力单元的前级机组线速度扰动GΔVc(s)和GΔV1(s)所设计的前馈控制器传递函数，GT1(s)和GT2(s)分别是针对两张力单元的前级张力扰动GΔTc(s)和GΔT1(s)所设计的前馈控制器传递函数。
基于不变性原理中的完全不变性，对各扰动设计前馈控制器，令：
Figure BDA0003169463390000102
可以求得前馈控制器传递函数为:
Figure BDA0003169463390000103
公式(12)即为收卷张力系统前馈控制器，同时与PID控制器共同组成了前馈PID控制器。可见，在通过前馈PID控制器对收卷张力进行控制时，是利用前馈控制器补偿前段张力单元的张力及速度扰动，并结合PID控制器控制各张力单元后一辊筒的电机转速达到控制本单元张力的目的，具体为：对收卷牵引张力单元进行张力控制时，是通过前馈控制器GV1补偿冷却机组线速度对收卷牵引张力单元的扰动Vc，通过前馈控制器GT1补偿冷却张力单元基材张力对收卷牵引单元的扰动Tc，针对主回路传递函数GA1(s)设计PID控制器，利用前馈控制器与PID控制器共同调整收卷牵引机组线速度V1(t)，从而完成收卷牵引张力单元的张力控制；对收卷张力单元进行张力控制时，是通过前馈控制器GV2补偿收卷牵引机组线速度对收卷张力单元的扰动V1，通过前馈控制器GT2补偿收卷牵引张力单元基材张力对收卷单元的扰动T1，针对主回路传递函数GA2(s)设计PID控制器，利用前馈控制器与PID控制器共同调整收卷机组线速度V2(t)，从而完成收卷张力单元的张力控制。
如图4所示，具体的：首先采集收卷牵引张力单元基材张力，判断张力T1是否满足T1∈[T*-1，T*+1]的控制精度要求，其中T*为张力稳态值，其范围一般为50N～200N，若满足控制精度要求，则不对电机进行转速调整，否则将计算收卷牵引张力单元前馈PID控制器输出V1(t)，具体步骤为：
步骤1：计算冷却机组电机转速扰动的前馈补偿量VV1(t)，其计算方法为：
VV1(t)＝L-1[ΔVc(s)GV1(s)] (13)
步骤2：计算冷却张力单元张力扰动的前馈补偿量VT1(t)，其计算方法为：
VT1(t)＝L-1[ΔTc(s)GT1(s)] (14)
步骤3：计算PID控制器的输出量VP1(t)，其计算方法为：
VP1(t)＝L-1{[T1r(s)-T1(s)]GP1(s)} (15)
其中，T1r(s)为收卷牵引张力单元基材张力稳态值的拉氏变换量。
步骤4：计算收卷牵引张力单元前馈PID控制器输出量V1(t)，其计算方法为：
V1(t)＝VV1(t)+VT1(t)+VP1(t) (16)
采集收卷张力单元基材张力，判断张力T2是否满足T2∈[T*-1，T*+1]的控制精度要求，若满足控制精度要求，则不对电机进行转速调整，否则将计算收卷张力单元前馈PID控制器输出V2(t)，具体步骤为：
步骤1：计算收卷牵引机组电机转速扰动的前馈补偿量VV2(t)，其计算方法为：
VV2(t)＝L-1[ΔV1(s)GV2(s)] (17)
步骤2：计算收卷牵引张力单元张力扰动的前馈补偿量VT2(t)，其计算方法为：
VT2(t)＝L-1[ΔT1(s)GT2(s)] (18)
步骤3：计算PID控制器的输出量VP2(t)，其计算方法为：
VP2(t)＝L-1{[T2r(s)-T2(s)]GP2(s)} (19)
其中，T2r(s)为收卷张力单元基材张力稳态值的拉氏变换量。
步骤4：计算收卷张力单元前馈PID控制器输出量V2(t)，其计算方法为：
V2(t)＝VV2(t)+VT2(t)+VP2(t) (20)
根据两个控制器的输出量调整收卷牵引机组电机转速V1(t)和收卷机组电机转速V2(t)，最终完成收卷系统张力控制。
在MATLAB软件对控制器控制性能进行仿真验证，最终实现涂布机收卷张力高精度控制，具体为：利用软件中的Simulink模块对收卷张力系统数学模型及控制器模型进行搭建，通过与普通PID控制器的控制性能对比，验证前馈PID控制器的控制性能。在利用Simulink对收卷张力控制系统仿真时，选定的稳态张力为50N，分别通过对收卷牵引张力单元施加张力阶跃、张力阶跃扰动、电机转速扰动，从而从多方面验证前馈PID控制器控制性能。
设定收卷系统张力稳定值为50N，将仿真时间设定为10s，在2s时令收卷牵引张力单元张力产生5N的阶跃，5s时令冷却辊电机转速产生10r/min的阶跃扰动，收卷牵引张力单元PID参数为：KP1＝15，KI1＝135，KD1＝0，收卷张力单元PID参数为：KP2＝7，KI2＝100，KD2＝0。图5、图6、图7和图8分别是采用普通PID的张力响应曲线和采用前馈PID的张力响应曲线，横轴代表时间，纵轴代表张力值。可以看出使用前馈PID控制方法时解耦性更好，对于转速扰动也有很好的抵消作用。
设定收卷系统张力稳定值为50N，将仿真时间设定为10s，在2s和7s时令收卷牵引单元分别产生大小为5N和-5N的阶跃扰动。图9、图10、图11和图12分别是采用普通PID的张力响应曲线和采用前馈PID的张力响应曲线，可以看出使用前馈PID控制方法时对张力扰动有很好的抵消作用，抗干扰性更好。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立收卷张力系统非线性数学模型；
基于收卷张力系统非线性化数学模型分析当前级张力单元的张力扰动量；
采用前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用比例-积分-微分控制器控制当前级张力单元的输入量和输出量，完成卷筒料涂布机收卷张力的控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，建立的收卷张力系统非线性数学模型为：
Figure FDA0003169463380000011
式中：T1(t)为收卷牵引张力单元基材张力；T2(t)为收卷张力单元基材张力；Tc(t)为冷却张力单元基材张力；L1(t)为收卷牵引张力单元基材实时长度；L2(t)为收卷张力单元基材实时长度；A为基材横截面积；E为基材弹性模量；V1(t)为收卷牵引机组的线速度，V2(t)为收卷机组的线速度，Vc(t)为冷却机组的线速度。
3.根据权利要求2所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，建立收卷张力系统非线性数学模型后还包括对收卷张力系统非线性数学模型采用小偏差法线性化处理，线性化处理后的收卷张力系统模型为：
Figure FDA0003169463380000012
式中：V1(s)为收卷牵引机组线速度的复数域形式，Vc(s)为冷却机组线速度的复数域形式，Tc(s)为冷却张力单元基材张力的复数域形式，V2(s)为收卷机组线速度的复数域形式，T1(s)为收卷牵引张力单元基材张力的复数域形式，T2(s)为收卷张力单元基材张力的复数域形式，GA1(s)为收卷牵引张力单元主回路传递函数，GΔVc(s)为扰动量Vc对收卷牵引张力单元基材张力的传递函数，GΔTc(s)为扰动量Tc对收卷牵引张力单元基材张力的传递函数，GΔV1(s)为扰动量V1对收卷张力单元基材张力的传递函数，GΔT1(s)为扰动量T1对收卷张力单元基材张力的传递函数；
在收卷牵引张力单元中，T1是输出量，V1是输入量，Vc、Tc是扰动量；在收卷张力单元中，T2是输出量，V2是输入量，V1、T1是扰动量。
4.根据权利要求3所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，基于线性化处理后的收卷张力系统模型及不变性原理得到前馈控制器传递函数为：
Figure FDA0003169463380000021
前馈控制器传递函数为前馈控制器。
5.根据权利要求1所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，前馈控制器对当前级张力单元的张力扰动量进行补偿，采用比例-积分-微分控制器控制当前级张力单元的输入量和输出量的具体方式如下：对收卷牵引张力单元进行张力控制时，通过前馈控制器GV1补偿冷却机组线速度对收卷牵引张力单元的扰动Vc，通过前馈控制器GT1补偿冷却张力单元基材张力对收卷牵引张力单元的扰动Tc，针对主回路传递函数GA1(s)设计比例-积分-微分控制器，利用前馈控制器与比例-积分-微分控制器共同调整收卷牵引机组线速度V1(t)，完成收卷牵引张力单元的张力控制；
对收卷张力单元进行张力控制时，是通过前馈控制器GV2补偿收卷牵引机组线速度对收卷张力单元的扰动V1，通过前馈控制器GT2补偿收卷牵引张力单元基材张力对收卷张力单元的扰动T1，针对主回路传递函数GA2(s)设计比例-积分-微分控制器，利用前馈控制器与比例-积分-微分控制器共同调整收卷机组线速度V2(t)，完成卷筒料涂布机收卷张力的控制。
6.根据权利要求5所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，对收卷牵引张力单元进行张力控制的具体过程如下：
采集收卷牵引张力单元基材张力T1，判断T1是否满足T1∈[T*-1，T*+1]的控制精度要求，T*为张力稳态值，若满足控制精度要求，则不对收卷牵引机组线速度进行调整，否则将计算收卷牵引张力单元中前馈控制器和比例-积分-微分控制器输出V1(t)，所述V1(t)为：
V1(t)＝VV1(t)+VT1(t)+VP1(t)
式中：VV1(t)为收卷牵引张力单元中冷却机组线速度扰动的前馈补偿量，VT1(t)为收卷牵引张力单元中冷却张力单元张力扰动的前馈补偿量，VP1(t)为收卷牵引张力单元中比例-积分-微分控制器的输出量。
7.根据权利要求5所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，对收卷张力单元进行张力控制的具体步骤如下：
采集收卷张力单元基材张力T2，判断T2是否满足T2∈[T*-1，T*+1]的控制精度要求，若满足控制精度要求，则不对收卷机组线速度进行调整，否则将计算收卷张力单元前馈控制器和比例-积分-微分控制器输出V2(t)，所述V2(t)为：
V2(t)＝VV2(t)+VT2(t)+VP2(t)
式中：VV2(t)为收卷牵引机组线速度扰动的前馈补偿量，VT2(t)为收卷牵引张力单元的张力扰动的前馈补偿量，VP2(t)为比例-积分-微分控制器的输出量。
8.根据权利要求1所述的一种基于前馈控制的卷筒料涂布机收卷张力控制方法，其特征在于，前馈控制器和比例-积分-微分控制器对卷筒料涂布机收卷张力的控制性能通过MATLAB软件验证。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115963719A (zh) * 2022-12-02 2023-04-14 中国船舶集团有限公司系统工程研究院 一种可扩展方舱的侧壁系统展开控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000005687A (ja) * 1998-04-20 2000-01-11 Tokyo Electron Ltd 塗布膜形成装置及びその方法並びにパタ―ン形成方法
TWM249730U (en) * 2003-11-21 2004-11-11 Jung Chang Machinery Co Ltd Tension stabilizing structure for substrate of transverse spaced coating and applying machine
CN101274314A (zh) * 2007-03-30 2008-10-01 富士胶片株式会社 涂敷装置
CN101903594A (zh) * 2007-12-14 2010-12-01 美卓造纸机械公司 用于处理材料幅材加工期间发生的缺陷的方法
TW201121867A (en) * 2009-12-29 2011-07-01 Delta Electronics Inc Built-in module for inverter and having tension control with integrated tension and velocity closed loops
CN204607212U (zh) * 2014-11-27 2015-09-02 宁波欣达印刷机器有限公司 卷筒料软包装设备的双张力检测调整装置
CN107703746A (zh) * 2017-09-21 2018-02-16 北京理工大学 一种基于自抗扰的反馈‑前馈控制器及设计方法
EP3376626A1 (de) * 2017-03-13 2018-09-19 Nordex Energy GmbH Verfahren zur regelung der wirkleistungsabgabe eines windparks sowie ein solcher windpark
CN109683481A (zh) * 2019-01-09 2019-04-26 东华大学 一种无轴凹版印刷机横向套准控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000005687A (ja) * 1998-04-20 2000-01-11 Tokyo Electron Ltd 塗布膜形成装置及びその方法並びにパタ―ン形成方法
TWM249730U (en) * 2003-11-21 2004-11-11 Jung Chang Machinery Co Ltd Tension stabilizing structure for substrate of transverse spaced coating and applying machine
CN101274314A (zh) * 2007-03-30 2008-10-01 富士胶片株式会社 涂敷装置
CN101903594A (zh) * 2007-12-14 2010-12-01 美卓造纸机械公司 用于处理材料幅材加工期间发生的缺陷的方法
TW201121867A (en) * 2009-12-29 2011-07-01 Delta Electronics Inc Built-in module for inverter and having tension control with integrated tension and velocity closed loops
CN204607212U (zh) * 2014-11-27 2015-09-02 宁波欣达印刷机器有限公司 卷筒料软包装设备的双张力检测调整装置
EP3376626A1 (de) * 2017-03-13 2018-09-19 Nordex Energy GmbH Verfahren zur regelung der wirkleistungsabgabe eines windparks sowie ein solcher windpark
CN107703746A (zh) * 2017-09-21 2018-02-16 北京理工大学 一种基于自抗扰的反馈‑前馈控制器及设计方法
CN109683481A (zh) * 2019-01-09 2019-04-26 东华大学 一种无轴凹版印刷机横向套准控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WENLIANG SHI ET AL.: "A Fuzzy Adaptive PID Controller for Multilayer Register System of the Gravure Printing Machine", 《2019 IEEE 3RD ADVANCED INFORMATION MANAGEMENT,COMMUNICATES,ELECTRONIC AND AUTOMATION CONTROL CONFERENCE (IMCEC 2019)》 *
许霞等: "Metso Paper IQ质量控制系统在机外涂布机上的应用", 《中华纸业》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115963719A (zh) * 2022-12-02 2023-04-14 中国船舶集团有限公司系统工程研究院 一种可扩展方舱的侧壁系统展开控制方法
CN115963719B (zh) * 2022-12-02 2024-03-26 中国船舶集团有限公司系统工程研究院 一种可扩展方舱的侧壁系统展开控制方法

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