CN116675045A - 一种张力控制方法、系统以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种张力控制方法、系统以及存储介质，该方法包括：S1、张力控制器启动主驱动轴；S2、放料张力检测轴和收料张力检测轴检测到的张力值反馈至张力控制器中的PID模块；S3、判断放料轴和收料轴的张力初步是否稳定，若不稳定，则跳转至步骤S2，若稳定，计算当前状态下主驱动轴与放料轴以及主驱动轴与收料轴之间的脉冲比；S4、通过脉冲切换控制，切换到插补模式，主驱动轴的主脉冲输入至插补模块，作为插补模块长轴信号，实现放料轴和收料轴与主驱动轴之间的相对位置控制；S5、主驱动轴加速到工作速度,放料轴和收料轴的张力稳定不变；S6、插补系数跟随放料轴和收料轴的卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定。

Description

一种张力控制方法、系统以及存储介质

技术领域

本发明涉及张力控制技术领域，具体的，本发明涉及一种张力控制方法、系统以及存储介质。

背景技术

在常见的自动化设备领域(涂布机、模切机、分切机、卷绕镀膜)，收放卷控制是设备最重要的技术之一。收卷轴半径逐渐变大，放卷轴半径逐渐小，将导致张力发生变化。张力变大将导致卷料拉伸形变，甚至断裂；张力过小将导致卷料起皱。在真空卷绕镀膜应用中，张力波动严重影响卷绕镀膜过程中的膜厚均匀性。

为了克服这个问题，需要一种使卷材张力保持稳定的方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种张力控制方法、系统以及存储介质，以解决上述的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种张力控制方法，其改进之处在于：包括以下的步骤：

S1、张力控制器启动主驱动轴，以最低速度运行，带动卷料，主驱动轴速度值输出至张力控制器；

S2、放料张力检测轴和收料张力检测轴检测到的张力值反馈至张力控制器中的PID模块，PID模块根据张力检测值和张力目标值计算速度跟随参数，将该速度跟随参数及主脉冲输入至张力控制器中的收放轴速度跟随器，收放轴速度跟随器输出脉冲,驱动放料轴和收料轴运动；

S3、判断放料轴和收料轴的张力初步是否稳定，若不稳定，则跳转至步骤S2，若稳定，计算当前状态下主驱动轴与放料轴以及主驱动轴与收料轴之间的脉冲比；

S4、通过脉冲切换控制，切换到插补模式，主驱动轴的主脉冲输入至插补模块，作为插补模块长轴信号，插补模块根据插补系数和主脉冲信号，按照插补位置控制原理，计算控制输出脉冲给放料轴和收料轴，实现放料轴和收料轴与主驱动轴之间的相对位置控制，插补系数即所述的脉冲比；

S5、主驱动轴加速到工作速度,放料轴和收料轴的张力稳定不变；

S6、PID模块根据实时的张力检测值和张力目标值，调整插补系数，使插补系数跟随放料轴和收料轴的卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定。

在上述方法中，所述的步骤S1中，张力控制器包括收料轴速度跟随器和放料轴速度跟随器，所述的主驱动轴速度值输出给收料轴速度跟随器和放料轴速度跟随器。

在上述方法中，所述的插补模式为直线插补模式，所述的插补模块为直线插补模块。

在上述方法中，所述的张力控制器启动主驱动轴，包括以下的步骤：

张力控制器以初速度大小启动主轴脉冲发生器输出主脉冲；

主脉冲控制主驱动轴以最低速度运行，带动卷料。

本发明还提供了一种张力控制系统，包括张力控制器、主驱动轴、放料轴、收料轴、放料张力检测轴和收料张力检测轴，

主驱动轴与张力控制器连接，用于根据张力控制器的控制运行，带动卷料；

放料张力检测轴和收料张力检测轴均与张力控制器连接，放料张力检测辊用于检测放料侧的张力，并输出相应的张力值给张力控制器，收料张力检测轴用于检测收料侧的张力，并输出相应的张力值给张力控制器；

张力控制器用于根据所述的张力控制方法，根据实时的张力检测值和张力目标值，调整插补系数，使插补系数跟随收放轴卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定。

上述系统中，所述的张力控制器包括PID控制模块，所述的放料侧的张力和收料侧的张力，输出给PID控制模块。

上述系统中，所述的PID控制模块包括放料轴PID模块和收料轴PID模块，所述的放料侧的张力输出给放料轴PID模块，收料侧的张力输出给收料轴PID模块。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现所述的一种张力控制方法。

本发明的有益效果是：通过使直线插补系数跟随放料轴和收料轴的卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定，实现了卷径不断变化情况下张力的稳定控制，并且整个控制过程不需要测量任何轴的卷径，效率更高。

附图说明

附图1为本发明的一种张力控制方法的原理示意图。

附图2为本发明的一种张力控制系统的原理示意图。

其中，1、张力控制器；2、主驱动轴；3、放料轴；4、收料轴；5、放料张力检测轴；6、收料张力检测轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1所示，上位机发送主驱动轴运行的初速度、加/减速度、工作速度、张力目标值参数至张力控制器，然后启动系统运行命令，然后通过本发明的张力控制方法，实现张力的的稳定控制，本发明的一种张力控制方法，包括以下的步骤S1-S6：

S1、张力控制器以初速度大小启动主轴脉冲发生器输出主脉冲，主脉冲控制主驱动轴以最低速度运行，带动卷料，此时，主驱动轴为速度控制模式，主驱动轴速度值输出至张力控制器中的收料轴速度跟随器和放料轴速度跟随器，张力控制器可以为FPGA 10A；卷材贴合在主驱动轴表面，由主驱动轴带动卷材运动，主驱动轴的线速度与卷材的运行速度一致；

S2、放料张力检测轴和收料张力检测轴检测到的张力值反馈至张力控制器中的PID模块，PID模块根据张力检测值和张力目标值计算速度跟随参数，将该速度跟随参数及主脉冲输入至张力控制器中的收放轴速度跟随器，收放轴速度跟随器输出脉冲,驱动放料轴和收料轴运动；

S3、判断放料轴和收料轴的张力初步是否稳定，若不稳定，则跳转至步骤S2作继续调整，若稳定，计算当前状态下主驱动轴与放料轴以及主驱动轴与收料轴之间的脉冲比；

S4、主驱动轴继续保持速度模式控制，通过脉冲切换控制，收放轴控制从速度跟随模式切换到插补模式，该插补模式为直线插补模式，主驱动轴的主脉冲输入至直线插补模块，作为直线插补模块长轴信号，直线插补模块根据直线插补系数和主脉冲信号，按照直线插补位置控制原理，计算控制输出脉冲给放料轴和收料轴，实现放料轴和收料轴与主驱动轴之间的相对位置控制，直线插补系数即所述的脉冲比；

张力控制的关键就是控制相关轴之间的速度比，直线插补是运动控制中的轨迹控制方式，插补系数为插补轴之间的脉冲比(直线斜率),每个主脉冲信号启动一次插补控制，插补计算以主脉冲为控制节拍，位置控制方式实时性高，与主轴速度无关，具有优异的速度适应性，在主驱动轴加减速过程中，确保张力的稳定性；

S5、主驱动轴加速到工作速度,使卷材处于正常运行的速度，在加速过程中，主脉冲速度将发生变化，由于放料轴和收料轴采用了直线插补模式，其插补输出脉冲速度也将同步保持变化，使放料轴和收料轴的张力也保持稳定不变；

S6、运行过程中，随着卷材的收放，收料轴和放料轴的卷径逐渐发生变化，放料轴和收料轴的张力也相应发生变化，PID模块根据实时的张力检测值和张力目标值，调整所述的直线插补系数，使直线插补系数跟随放料轴和收料轴的卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定，实现了卷径不断变化情况下张力的稳定控制，并且整个控制过程不需要测量任何轴的卷径，效率更高。

本发明的控制方法采用两个阶段控制，第一阶段为速度控制模式，实现低速下的张力控制，获取张力稳定状态情况下主驱动轴与收放轴之间的脉冲比，第二阶段为位置控制模式，利用直线插补实现主驱动轴与收放轴之间的相对位置控制，待张力控制稳定后，将低速度提升到正常工作速度。

本发明的工作原理：第一阶段，低速控制主驱动轴3运行，FPGA 10A根据收放轴张力传感器反馈值，利用PID控制模块，采用速度跟随方式控制收放轴的运动，在低速模式下张力稳定控制，并计算出主驱动轴与收放轴的脉冲比，该值即是第二阶段的核心参数(即直线插补系数)。

第二阶段，收放轴控制由速度跟随模式切换到位置模式，根据张力传感器的反馈值，PID模块对插补系数进行微调，以适应收放轴卷径的变化，实现基于位置控制的张力控制。在第二阶段将速度从低速状态加速到工作状态。

参照图2所示，本发明还提供了一种张力控制系统，包括张力控制器1、主驱动轴2、放料轴3、收料轴4、放料张力检测轴5和收料张力检测轴6，

主驱动轴2与张力控制器1连接，用于根据张力控制器1的控制运行，带动卷料；

放料张力检测轴5和收料张力检测轴6均与张力控制器1连接，放料张力检测轴5用于检测放料侧的张力，并输出相应的张力值给张力控制器1，收料张力检测轴6用于检测收料侧的张力，并输出相应的张力值给张力控制器1，例如放料张力检测轴5输出模拟信号给张力控制器1，模拟信号中包含放料侧的张力值。

张力控制器1用于根据所述的张力控制方法，根据实时的张力检测值和张力目标值，调整直线插补系数，使直线插补系数跟随收放轴卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定。

进一步的，所述的张力控制器1包括PID控制模块，所述的放料侧的张力和收料侧的张力，输出给PID控制模块。进一步的，所述的PID控制模块包括放料轴PID模块和收料轴PID模块，所述的放料侧的张力输出给放料轴PID模块，收料侧的张力输出给收料轴PID模块。

FPGA 10A采用速度模式输出主脉冲控制主驱动轴的运行，该主脉冲为整个控制系统的主脉冲，主脉冲也输出至收卷轴直线插补模块，直线插补模块根据插补系数输出脉冲控制收放轴。每个主脉冲控制主驱动轴转动一个角度，每个主脉冲也将启动一次直线插补模块的计算，插补模块根据插补系数计算，在本次的主脉冲有效时刻，是否需要输出收放轴控制脉冲，如果有脉冲(即收放轴控制脉冲)输出至收放轴，收放轴将转动一个角度，如果不输出脉冲(即收放轴控制脉冲)，收放轴则维持当前位置。以每个主脉冲为控制周期实现对放料轴、收料轴、主驱动轴位置的精准控制。

在插补控制过程中，放料轴卷径的逐渐变小将导致放料端张力逐渐变大，收料轴卷径的逐渐变大也将导致收料端张力逐渐变大，需要对插补系数进行调整以适应卷径变化引起的张力变化。张力检测值与目标张力值作为FPGA的PID控制模块的输入参数，其输出量对插补系数进行微调，实现卷径不断变化情况下张力的稳定控制。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现所述的一种张力控制方法。

本发明通过使直线插补系数跟随放料轴和收料轴的卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定，实现了卷径不断变化情况下张力的稳定控制，并且整个控制过程不需要测量任何轴的卷径，效率更高。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种张力控制方法，其特征在于：包括以下的步骤：

S1、张力控制器启动主驱动轴，以最低速度运行，带动卷料，主驱动轴速度值输出至张力控制器；

S2、放料张力检测轴和收料张力检测轴检测到的张力值反馈至张力控制器中的PID模块，PID模块根据张力检测值和张力目标值计算速度跟随参数，将该速度跟随参数及主脉冲输入至张力控制器中的收放轴速度跟随器，收放轴速度跟随器输出脉冲,驱动放料轴和收料轴运动；

S3、判断放料轴和收料轴的张力初步是否稳定，若不稳定，则跳转至步骤S2，

若稳定，计算当前状态下主驱动轴与放料轴以及主驱动轴与收料轴之间的脉冲比；

S4、通过脉冲切换控制，切换到插补模式，主驱动轴的主脉冲输入至插补模块，作为插补模块长轴信号，插补模块根据插补系数和主脉冲信号，按照插补位置控制原理，计算控制输出脉冲给放料轴和收料轴，实现放料轴和收料轴与主驱动轴之间的相对位置控制，插补系数即所述的脉冲比；

S5、主驱动轴加速到工作速度,放料轴和收料轴的张力稳定不变；

S6、PID模块根据实时的张力检测值和张力目标值，调整插补系数，使插补系数跟随放料轴和收料轴的卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定。

2.如权利要求1所述的一种张力控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中，张力控制器包括收料轴速度跟随器和放料轴速度跟随器，所述的主驱动轴速度值输出给收料轴速度跟随器和放料轴速度跟随器。

3.如权利要求1所述的一种张力控制方法，其特征在于：所述的插补模式为直线插补模式，所述的插补模块为直线插补模块。

4.如权利要求1所述的一种张力控制方法，其特征在于：所述的张力控制器启动主驱动轴，包括以下的步骤：

张力控制器以初速度大小启动主轴脉冲发生器输出主脉冲；

主脉冲控制主驱动轴以最低速度运行，带动卷料。

5.一种张力控制系统，其特征在于：包括张力控制器、主驱动轴、放料轴、收料轴、放料张力检测轴和收料张力检测轴，

主驱动轴与张力控制器连接，用于根据张力控制器的控制运行，带动卷料；

放料张力检测轴和收料张力检测轴均与张力控制器连接，放料张力检测辊用于检测放料侧的张力，并输出相应的张力值给张力控制器，收料张力检测轴用于检测收料侧的张力，并输出相应的张力值给张力控制器；

张力控制器用于根据所述的张力控制方法，根据实时的张力检测值和张力目标值，调整插补系数，使插补系数跟随收放轴卷径变化做实时调整，使卷材的张力保持恒定。

6.如权利要求1所述的一种张力控制系统，其特征在于：所述的张力控制器包括PID控制模块，所述的放料侧的张力和收料侧的张力，输出给PID控制模块。

7.如权利要求6所述的一种张力控制系统，其特征在于：所述的PID控制模块包括放料轴PID模块和收料轴PID模块，所述的放料侧的张力输出给放料轴PID模块，收料侧的张力输出给收料轴PID模块。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。