JP3021135B2 - フィルム厚み制御装置 - Google Patents

フィルム厚み制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フィルム製造装置等の
押出或いは流延成形製造に於けるフィルム厚み制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の樹脂フィルムの厚み制御を図2に
より説明する。図2は一般的なフィルムが製造させる工
程を示し、先ず押出機1aにより樹脂粒をスクリュによ
り溶融して液状にする。溶融した樹脂は、保温されたダ
イ2aの細い間隙3aから押し出される。この間隙3a
は紙面に垂直に同じ幅に保たれているため、ダイ2aか
らは薄い板状樹脂液4aが流れ落ちる。
【0003】この板状樹脂液4aは、冷却されている回
転ローラ5aに接触して固化し、厚みのあるフィルム6
aとなる。このフィルム6aは、所定の厚みプロファイ
ルを得るために、回転ローラ5aの後工程で縦延伸機1
3および横延伸機14で延伸プロセスを受ける。縦延伸
機13では、フィルム6aの流れ方向に沿ってフィルム
速度を増すことにより、フィルム流れ方向にフィルム6
aを延伸してフィルム厚みを薄くする機能を果たす。横
延伸機14では、フィルム速度は変えずにフィルム6a
の幅を広げることにより、フィルム厚みを薄くする機能
を果たす。横延伸機14を出たフィルム6aは、巻取機
9aに巻取られる。
【0004】厚み計10は、フィルム6aの厚みを計測
するもので、通常、放射性物質の自然破壊による放射線
を利用し、その放射線の強さがフィルム6aを通過する
ときに弱まる度合によって厚さを計測する原理を用いて
いる。厚み計10の検出端は1つで、その検出端がフィ
ルム6aの幅方向に沿って往復動することにより、幅方
向の厚みを計測する。
【0005】ところで、フィルム6aは、幅方向に同じ
所定の厚みを持つことが要求されるが、実際にはダイ2
aの細い間隙3aを幅方向に同じ速度で樹脂液を通過す
ることが難しいため、フィルム6aの厚みは必ずしも幅
方向に同じにならない。
【0006】このため従来は、図2及び図3に示すよう
にダイ2aの間隙3aの両側にヒータ12aを埋め込む
形で幅方向に多数分布させ、同間隙3aでの幅方向流れ
を一様にすることが行なわれている。
【0007】即ち、フィルム6aの厚みが厚すぎる箇所
のヒータ12aの発生熱を下げると、ダイ2aに接する
樹脂温度が下がって粘性抵抗が増すため、その部分の樹
脂速度は低下する。そのためヒータ12aの発生熱を下
げた箇所のフィルム6aの厚みは減少し、同フィルム6
aの厚すぎた箇所の修正がなされる。逆にフィルム6a
の厚みが薄すぎる場合は、その箇所のヒータ12aの発
生熱を上げることにより、その部分の樹脂速度は上昇
し、その箇所のフィルム6aの厚みは増して厚みの修正
がなされる。
【0008】以上の原理を使って、ヒータ12aにより
フィルム6aの厚みを自動制御することが考えられてい
た。図4は厚み制御の原理を示すブロック図であり、厚
み計10で計測されたフィルム厚みとその設定値の差が
制御器13に入力される。制御器13は、例えばヒータ
12aの発生熱指令を出力し、ヒータ12aの発生熱を
変える。ヒータ発生熱が変わると、ダイ2aの中の樹脂
速度が変化しヒータ発生熱を変えた箇所のフィルム厚み
が変えられて厚み制御が可能となる。従来のフィルム厚
み制御装置には、次に述べるような技術課題(1),
(2),(3)を解決するための工夫がなされている。
【0009】(1) ダイ出口でフィルムの厚みの変化
が生じてから、厚み計10でその変化が検出されるまで
には、ダイ出口から厚み計10間でフィルムの移動によ
る無駄時間L1 がある。 (2) ダイリップ調整機構の或る箇所の操作端を操作
すると、リップ調整機構の隣接する箇所に対応するフィ
ルム厚みまで変化するという干渉現象がある。
【0010】(3) 上記(2)で述べたリップ調整機
構の操作端の相互干渉によるフィルム厚みへの干渉効果
を極力小さくするために多数の操作端の操作量指令を同
時に変更する制御方式が考えられる。
【0011】そのためには、厚み計10がフィルム幅方
向に往復動し、幅方向に沿っての全厚みデータの読取り
が完了するフィルム端部に到達する度に制御演算を行な
う必要がある。この場合、厚み計10がフィルムの或る
箇所の厚みを計測してからフィルム端部に到達するまで
に時間を要する。この時間は、厚みデータが得られてか
ら実際に制御演算を開始するまで無駄時間L2 と考えら
れる。
【0012】従って、操作端の操作量が変えられてその
影響を厚みデータとして検出し、その厚みデータを使っ
て制御演算を行なうまでの無駄時間は、上記(1)に述
べた無駄時間L1 と前述の無駄時間L2 の和となる。図
5(a)は図4で無駄時間L1 および無駄時間L2 を含
めた厚み制御系のブロック図を示す。図5(b)は無駄
時間を等価的に1つにまとめたブロック図を示す。通常
のフィードバック制御系では、このような無駄時間はな
いが、厚み制御系では図5(b)に示すように、大きな
無駄時間(L1 +L2 )が制御系の中に含まれる。上記
技術課題を解決するための手段として、図6に示すよう
なフィルム厚み制御装置が従来考えられている。
【0013】 すなわち、従来のフィルム厚み制御装置
は、フィルムの幅方向に沿って溶融樹脂の吐出量を調整
操作する機構をもつダイを有し、同ダイ位置と厚み計位
置間をフィルムが流動するに要する無駄時間L1 を以て
厚み変化を検出する厚み計10を有するフィルムの押出
成形並びに流延成形装置において、厚み計10がフィル
ム幅方向の所定の位置に対応した厚み検出値と、その位
置での厚み設定値との差を出力する減算器101と、同
減算器101の出力する厚み差の時間積分を行ない、出
力する積分器102と、上記無駄時間L1 と厚み計10
が所定の位置の厚み検出後、フィルム側端部に達するま
での時間L2 との和L=L1 +L2 の時間分だけ過去の
操作端の操作量の時系列を記憶するメモリ104と、同
メモリ104に記憶されている過去の操作端の時系列
使って、厚み計10がフィルム側端部に達してフィルム
厚み検出値が入力された時刻より無駄時間Lだけ以前の
状態変数の推定値を出力する観測器103と、前記積分
器102の出力と前記観測器103の出力を入力し、フ
ィルム全幅での各厚み制御点に対応した無駄時間Lの平
均値である/Lだけ状態を推移させる係数を乗じて所定
の時刻での状態推定値を出力する状態推移器105と、
前記メモリ104に記憶されている過去の操作端の操作
量の時系列を入力し、厚み計がフィルム側端部に達した
時刻から平均無駄時間/Lを経た時刻までの入力による
状態変化量を出力する状態予測器106と、前記状態推
移器の出力と前記状態予測器の出力を加算して近似的に
厚み計10がフィルム側端部に達した時刻での状態推定
値を出力する加算器107と、同加算器107の出力で
ある或る時刻での状態推定値に状態フィードバックゲイ
ンを乗じて前記操作端の操作量指令値を出力する操作端
の操作量指令器108とにより構成されている。なお、
厚み計10の出力は、サンプラ100を減算器101及
び観測器103に入力している。
【0014】上記のフィルム厚み制御装置では、無駄時
間による位相遅れ分は観測器で、無駄時間に相応する以
前の状態を推定し、状態推移器と状態予測器とでその時
間分だけ時間積分して補正する。次に上記フィルム厚み
制御装置の作用を説明する。
【0015】 図7に示すような5組のヒータ1〜5
と、各ヒータ位置に対応した厚み計10の位置でのフィ
ルム厚み1′〜5′の計測値を使って、厚み3′を所定
の値に制御する場合について考えてみる。厚み3′を制
御するのにヒータ3以外に両隣の2つのヒータ1,2お
よび4,5を考えたのは、厚み3′へのヒータ1,2お
よびヒータ4,5の干渉を考慮した制御系を設計するた
めである。なお、ここではヒータ1およびヒータ5より
外側にあるヒータ厚み3′への影響は小さいとして無視
した。ヒータ1〜5の発生熱をそれぞれu1 (t),u
2 (t),u3 (t),u4 (t),u5 (t)とし、
厚み1′〜5′のフィルム厚みをそれぞれy1 (t),
y2 (t),y3 t),y4 (t),y5 t)とする。
【0016】 またui (t),yi (t)(i=1〜
5)のラプラス変換をUi (s),Yi (s)(i=1
〜5)とすると、Ui (s),Yi (s)は、次の伝達
関数行列G(s)で関係付けられる。
【0017】
【数1】
【0018】上式において、g1 (s)は例えばヒータ
3のみを変えたときの厚み3′の時間変化を与える伝達
関数である。また、g2 (s)はヒータ2或いはヒータ
4のみを変えたときの厚み3′の時間変化を与える伝達
関数である。g3 (s)はヒータ1或いはヒータ5のみ
を変えたときの厚み3′の時間変化を与える伝達関数で
ある。(1)式ではダイ出口から厚み計10までのフィ
ルム流動遅れによる無駄時間は含んでいないので、g1
(s),g2 (s),g3 (s)はラプラス演算子sの
有理関数で表わせる。また、(2)式の伝達関数行列G
(s)の非対角項が隣接ヒータによる厚みへの干渉を表
わしている。(1)式の入力Ui (s)と出力Yi (s)(i=1〜
5)の間の関係を表わすのに、制御系設計に便利な次の
ような状態方式を使用する。 x′(t)=Ax(t)+Bu(t) ・・・(2) y(t)=Cx(t) ・・・(3) xは状態ベクトル、uは入力ベクトルで、 u(t)=[u1 (t),u2 (t),u3 (t),u
4 (t), u5 (t)] T (Tは転置を表わす)、 yは出力ベクトルで、 y(t)=[y1 (t),y2 (t),y3 (t),y
4 (t), y5 (t)] T である。前記状態方程式(2)(3)式は可制御で可観
測とする。
【0019】また、ダイ出口から厚み計10までのフィ
ルム流動遅れによる無駄時間をL1、厚み計測点3′か
らフィルム端部まで厚み計10が移動するに要する時間
をL2 とすれば、図5(b)に示すように出力ベクトル
y側の全無駄時間Lは、次式で与えられる。 L=L1 +L2 ・・・(4) 従って、出力方程式(3)は次のように表わされる。 y(t)=Cx(t−L) ・・・(5) (2),(5)式より入力u(t)(ヒータ発生熱)と
出力y(t)(厚み計検出値)の関係は、図8のように
示される。
【0020】ところで、厚み計10はフィルム幅方向に
沿って往復しながら、フィルム厚み計測する。フィルム
はある速度で流れていることから、厚み計10はフィル
ムの厚みを図9に示すような軌跡に沿って計測する。例
えば、制御演算をフィルム端部A点で行なう場合には図
9で厚み3′の位置C点で示すと、厚み計10の移動に
よる無駄時間L2 は、図9中CA間の移動時間L2 ′で
表わせる。
【0021】一方、制御演算をフィルム端部B点で行な
う場合には、厚み計10の移動による無駄時間L2 は図
9中のC′B間の移動時間L2 ″で表わせる。図9から
分かるようにL2 ′とL2 ″の大きさは一般に異なるこ
とから、厚み3′を所定の値に制御する本制御系では、
制御演算をフィルム端部のA点側で行なうときと、B点
側で行なうときでは、図8の伝達係数をe-SL で示す無
駄時間Lが異なるという特徴がある。そのため厚み計1
0は、フィルム両端部の何れかの側に達したかの到達点
識別信号dを出力する。以上で制御系を設計する準備を
終了する。
【0022】最初に厚み3′を設定値に制御するのに隣
接ヒータからの熱伝導による外乱の影響を受けることを
避けるために、外乱補償として厚み3′の検出値y3
(t)と、設定値r3 (t)の偏差 ε(t)=r3 (t)−y3 (t)
【0023】 に対して積分器を導入する。以下では設
r3 (t)=0とする。積分器は制御偏差ε(t)の
現時刻tまで積分できると想定する。実際には無駄時間
Lのため、時刻(t−L)までの制御偏差しか積分でき
ない。また、積分器の出力/XI (t)は、次式で表わ
される。
【0024】
【数2】
【0025】なお、C3 は(3)式のC行列の第3行を
表わす。また、(6)式の右辺第1項は、時刻tまでに
実際に厚み計から取得できる量の時間積分であるので、
計算可能である。しかし、右辺第2項の積分される量は
取得できず、時間積分はこのままでは計算できない。そ
のため/XI (t)での予測を得るために/XI (t)
を状態変数に含む次のような拡大系を考える。(6)式
より
【0026】
【数3】
【0027】となる。f1 は、/F行列の第1列を表わ
す。また、/XI (t),X(t)が得られるならば、
行列(/A−/B/F)の全ての固有値が安定領域にあ
るようにフィードバックゲイン行列/Fを定めれば、入
力u(t)により厚みy3 (t)は所定の値に安定に制
御することができる。しかも、行列/A,/Bには無駄
時間Lの影響は含まれていないので、この設計法では、
あたかも無駄時間Lがない系としてフィードバックゲイ
ン行列/Fを決めることができ、制御系の速応性、定常
精度ともに性能を確保できる。そのためには、/XI
(t),X(t)を求める必要がある。
【0028】次に(11)式における/XI (t),X
(t)を実際に得るための手段を説明する。/XI
(t),X(t)は時刻(t−L)を初期状態にして
(9)式を時刻(t−L)から時刻tまで積分すること
により求められる。ここでの考え方は、入力u(t)が
既知であるので無駄時間Lの分だけ過去に遡って積分す
ることにより、状態量/XI (t),X(t)を推定し
ようとするものである。
【0029】このときの、積分時間の長さとして採る無
駄時間の大きさとして、フィルム全幅の各厚み制御点で
の無駄時間Lの平均値/Lを用いる。平均無駄時間/L
は、フィルム中央の厚み制御点での全無駄時間Lに等し
い。従って、状態量/XI (t),X(t)は、次式に
より求められる。
【0030】
【数4】 (13)式の右辺は計算可能な量で、現時刻tでの出力
y3 (t)での制御偏差の積分値であることから、(1
3)式を次のように表わす。
【0031】
【数5】 y(t)=Cx(t−L) ・・・(16) 次式で定義される変数ω(t)を導入する。 ω(t)=X(t−L) ・・・(17) 上記(15)〜(17)式より次式が成り立つ。
【0032】
【数6】 ところで制御演算は、厚み計10が図9に示すようにA
点あるいはB点に到達する度に実行されるので、一定時
間間隔T毎に行なわれる。時間Tは厚み計10がフィル
ム幅を横断するのに要する時間である。一方、厚み3′
の位置C点に対する無駄時間LはA点側とB点側で異な
る。すなわち、 A点での制御演算時の無駄時間LA =L1 +L2 ′ B点での制御演算時の無駄時間LB =L1 +L2 ″ ・・・(20) であり、位置C点に対しては明らかにLA >LB とな
る。前記の平均無駄時間/Lは/L=1/2(LA +L
B )で表わすこともできる。
【0033】
【数7】 また、制御演算間tk 〜Tk+1 ではヒータ入力u(k)
は一定に保たれているとする。
【0034】 時刻tk+1 に厚み計がA点に到達してい
るので、時刻tk+1 より時間Tだけ過去の時刻tk で
、厚み計がB点に到達していたことになる。時刻tk
に行なったB点での制御演算で推定値
【0035】
【数8】
【0036】を求める必要がある。時刻t1 は、時刻t
k+1 より無駄時間LA だけ過去にあり、時刻t0 は時刻
tk より無駄時間LB だけ過去にある。時刻t1 は無駄
時間LA の大きさに応じて演算周期Tの数周期分過去に
あることになるから、ここでは一般的に区間(tki,T
ki+1)にすることにした 。図11はB点での制御演算
での推定値
【0037】
【数9】 を求める必要がある。図10、図11から分かるように
制御演算の時間間隔Tは一定であるが、A点とB点での
無駄時間LA ,LB が異なるために推定値
【0038】
【数10】
【0039】
【数11】
【0040】上式において、t0 =tk −LB ,t1 =
tk+1 −LA ,t1 −t0 =T−LA +LB ,T=tk+
1 −Tk でサンプリング周期であり、新変数η=t1 −
τを導入すると、
【0041】
【数12】
【0042】次に図11に示すB点での制御演算を考え
る。このときは(22)式でt0 =tk −LB ,t1 =
tk+1 −LB ,t1 −t0 =T−LB +LA で図11の
2重線部分を積分することにより、(22)式と同じ次
式が得られる。
【0043】
【数13】 t1 −t0 =T−LA +LB ・・・(2
8) K:観測器のゲイン行列 B点での推定値
【0044】
【数14】 積分Iは、図12の2重線部分を積分することになる。
図12では、/LがT</L≦2Tを満たす場合を示し
ている。
【0045】
【数15】 以上述べた従来の制御方式の計算手順を整理すると次の
ようになる。
【0046】(1) 時間周期Tの制御演算実行時刻t
=tk+1 に、フィルム厚み検出値y(k+1 )(y1 (k+
1 ),y2 (k+1 ),y3 (k+1 ),y4 (k+1 ),y
5 (k+1 )からなるベクトルが図6における厚み計10
及びサンプラ100を通して得られる。サンプラ100
は、制御演算実行時刻t=tk+1 毎に閉じられるもので
厚み計10が図9のフィルム端部A点或いはB点に到達
した度に閉じられる。厚み計10は図9のフィルム端部
A点或いはB点に到達すると、そのいずれかの側に達し
たかが判る到達点識別信号dを出力する。
【0047】(2) フィルム厚み検出値y(k+1 )の
うち、y3 (k+1 )が図6の減算器101に入力され、
減算器101は厚み設定値r3 (k+1 )との厚み偏差ε
(k+1 )=r3 (k+1 )−y3 (k+1 )を出力する 。(3) 積分器102は、減算器101からの厚み偏差
ε(k+1 )を入力して次式より厚み偏差の時間積分値を
出力する。 XI (k+1 )=XI (k )+0.5(tk+1 −tk ){εk )+ε(k+1 )} ・・・(33) ここで、ε(k )は、前回厚み検出時(時刻t=tk )
での厚み偏差、XI は時刻t=tk での積分器102の
出力である。 積分器102は、厚みy3 を変動させる外
乱熱をヒータ発生熱で補償して、常に厚みy3 が設定値
に一致するように外乱補償器の役目を果たす。
【0048】 (4) 厚み計10がフィルム端部のど
ちらかの側に到達すると、厚み計は到達点識別信号dを
出力し、識別信号dに応じて、(26)(27)式或い
は(29)(30)式より
【0049】
【数16】
【0050】 を計算する。即ち、メモリ104に記憶
されている過去のヒータ発生熱時系列(u(k-2 )とu
(k-1 ))とフィルム厚み検出値y(k+1)が観測器1
03に入力されて厚み計10の出力する到達点識別信号
dで定まる無駄時間Lだけ時刻tk+1 より以前の時刻
(tk+1 −L)での状態変数の推定値
【0051】
【数17】 を出力する。 (5) 上記(12)式の右辺第一項の計算で時刻(t
k+1 −L)での状態推定値
【0052】
【数18】
【0053】が状態推移器105に入力され、状態推移
器105は平均無駄時間/Lだけ状態を推移させる係数
を乗じて時刻tk+1 での状態推定値を得る。無駄時間/
Lの大きさは、フィルム全幅の各厚み制御点での無駄時
間の平均値を採用する。平均無駄時間/L分だけの時間
領域で加わる入力u(k )による状態推移は、(12)
式の右辺第2項の積分項で表わし、この補正は次の状態
予測器106により行なう。
【0054】(6) 上記(12)式の右辺第2項は、
時刻(tk+1 −/L)から時刻tk+1までの平均無駄時
間/Lの時間領域に加える入力の時系列u(k-1 ),u
(k )による状態の推移量を表わし、例えば(32)式の
Iで表わされる。即ち、メモリ104に記憶されている
平均無駄時間/Lの長さで決まる分だけの過去のヒータ
発生熱の時系列(ここではu(k-1 ),u(k )の2
つ)が状態予測器106に入力され、時刻(tk+1 −/
L)から時刻tk+1 までの入力のu(k )による状態変
化量Iを出力する。 (7) 加算器107には、状態推移器105の出力
【0055】
【数19】 を出力する。
【0056】上記のようにして無駄時間Lのために時刻
(tk+1 −L)での状態推定値しか観測器103で得ら
れないが、状態推移器105と状態予測器106が平均
無駄時間/Lの分だけ積分動作を行なうことにより近似
的に時刻tk+1 での状態推定値を得ることができる。こ
の操作により、無駄時間Lによる位相遅れの影響を除去
できる。(8) 時刻tk+1 から次の制御演算時刻tk+2 までの
ヒータ発生熱u(k+1 )は、状態フィードバックゲイン
(f1 ,F2 )を使って、次式より定まる。
【0057】
【数20】 に状態フィードバックゲインを乗ずることによって、ヒ
ータ発生熱指令値を定める。
【0058】(9) 以上の制御演算は、時間周期T後
に厚み計10がフィルム幅方向に移動して反対側のフィ
ルム端部に達する制御演算実行時刻t=tk+2 に次回の
フィルム厚み検出値y(k+2 )をサンプラ100から得
て実行される。
【0059】
【発明が解決しようとする課題】フィルム製造装置で
は、所定の厚みプロファイルのフィルムを得るために、
次のように運転条件を決める要因が変えられる。 (1) 回転ローラ5aの周速度で決まるキャスティン
グ速度 (2) ダイ2aからの樹脂吐出速度を決める押出機吐
出量 (3) フィルムの縦・横延伸倍率 このように運転条件が変わるとき、従来のフィルム厚み
制御装置では次のような問題がある。
【0060】(1) キャスティング速度や縦・横延伸
倍率が変わると、フィルムがダイ出口から厚み計10に
達するまでのフィルム移動による無駄時間L1が変わる
ため、無駄時間LA ,LB が変わり、更に平均無駄時間
/Lも変わる。そのため、図10、図11に示すように
制御演算式(26),(29)式での積分開始区間が無
駄時間LA ,LB の大きさによって変わることから、運
転条件に合致して(26),(29)式の制御演算式が
実行されるような適応性をもつ必要がある。更に制御演
算式(12)で運転条件に合致した無駄時間/Lを使っ
て計算できるような適応性を持つ必要がある。
【0061】 (2) ヒータ入力変化に対するフィル
ム厚み感度は、上記の運転条件の変化により変わるの
で、運転条件が変わっても所定の制御性能を保つために
は、(12)式での/A,/B行列、(11)式のレギ
ュレータゲイン行列/Fおよび(27),(30)式の
観測器ゲイン行列Kを運転条件に合致した値に変えるこ
とができる適応性を持つ必要がある。
【0062】 本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、運転条件が変化しても常に所定の厚み制御の速応性
が得られるフィルム厚み制御装置を提供することを目的
とする。
【0063】
【課題を解決するための手段】本発明は、フィルムの幅
方向に沿って溶融樹脂の吐出量を調整操作する機構をも
つダイを有し、同ダイ位置と厚み計位置間をフィルムが
流動するに要する時間だけの無駄時間L1を以て変化を
検出する厚み計を有するフィルムの押出成形並びに流延
成形装置において、フィルム厚み制御装置を構成する観
測器、状態予測器、状態推移器、操作量指令器に対し、
それぞれ適応器を付加し、フィルム流動による無駄時間
の変化に対して、制御演算式の行列を運転条件に合致し
た値に自動的に変更させると共に、運転条件の変化によ
るヒータ入力変化に対するフィルム厚み感度の変化に対
して、制御演算式中の行列、レギュレータゲイン行列及
び観測器ゲイン行列を決定された運転条件に合致した値
に自動的に変更させるようにしたことを特徴とするもの
である。
【0064】
【作用】厚み計がフィルム幅方向の所定の位置に対応し
た厚み検出値と同位置での厚み設定値との差を減算器に
より求め、その厚み差を積分器により時間積分を行な
う。また、無駄時間L1 と厚み計が所定の位置の厚み検
出後、フィルム側先端に達する迄の時間L2 との和Lの
時間分だけ過去の操作量指令器の操作量の時系列をメモ
リに記憶させる。そして、このメモリの記憶情報を観測
器に入力し、厚み計がフィルム側端部に達して全てのフ
ィルム厚み検出値が入力された時刻より、厚み計が到達
したフィルム側端部に応じた上記無駄時間Lだけ以前の
状態変数の推定値を求める。観測器適応器は、上記観測
器での演算式に使う行列を運転条件に合致するように変
更する。
【0065】 また、状態推移器は、上記積分器の出力
及び上記観測器の出力から、フィルム両端部での前記無
駄時間Lの平均値である平均無駄時間/Lだけ状態を推
移させる係数を乗じて厚み計がフィルム側端部に達した
時刻での状態推定値を出力する。推移器適応器は、上記
状態推移器での演算式に使う行列を運転条件に合致する
ように変更する。状態状態予測器は、上記メモリに記憶
されている過去の操作端の操作量の時系列に基づき、厚
み計がフィルム側端部に到達した時刻から上記平均無駄
時間/Lを経た時刻までの入力の設定による状態変化量
を出力する。状態予測器適応器は、上記状態予測器での
演算式に使う行列を運転条件に合致するように変更す
る。
【0066】そして、上記状態推移器の出力と上記状態
予測器の出力を加算器により加算し、厚み計がフィルム
側端部達した時刻での状態推定値を求める。この状態推
定値を操作量指令器に入力し、状態フィードバックゲイ
ンを乗じて上記操作端の操作量指令値として出力する。
操作量指令器適応器は、操作量指令器での演算式に使う
行列を運転条件に合致するように変更する。
【0067】上記のように運転条件の変化によるフィル
ム流動による無駄時間の変化に対して、制御演算式の行
列を運転条件に合致した値に自動的に変更することによ
り、又、運転条件の変化によるヒータ入力変化に対する
フィルム厚み感度の変化に対して、制御演算式中の行
列、レギュレータゲイン行列及び観測器ゲイン行列を運
転条件に合致した値に自動的に変更することにより、運
転条件が変化しても常に所定の厚み制御の速応性を得る
ことができる。
【0068】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
【0069】図1は本発明の一実施例に係るフィルム厚
み制御装置の構成を示すブロック図である。本発明に係
るフィルム厚み制御装置は、図6に示したフィルム厚み
制御装置において、観測器103に対して観測器適応器
200、状態予測器106に対して状態予測器適応器2
01、状態推移器105に対して状態推移器適応器20
2、操作量指令器108に対して操作量指令器適応器2
03を、それぞれ付加したもので、その他は図6の装置
と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付し
て詳細な説明は省略する。次に上記実施例の動作を説明
する。
【0070】今、例えば図7に示す5組のヒータからな
るシステムにおいて、厚み3′を所定の値に制御するも
のとすると、上記システムの動特性は、(1)式より次
のように表わせる。
【0071】
【数21】 次に各々運転条件を変えたときの比例ゲイン定数kの変
化について説明する。 (1) キャスティング速度を変えたとき キャスティング速度変化によるゲイン定数の変化をk1
で表わす。k1は次式で定まる。 k1 =vc0/vc ・・・(38) 但し、vc0:基準運転条件でのキャスティング速度 vc :運転条件が変化したときのキャスティング速度 キャスティング速度vc が増すにつれて、フィルム厚み
は薄くなることから、(38)式のゲイン定数k1 を定
めた。 (2)押出機吐出量を変えたとき 押出機吐出量変化によるゲイン定数の変化をk2 で表わ
す。k2 は次式で定まる。 k2 =W/W0 ・・・(39) 但し、W0 :基準運転条件での押出機吐出量 W:運転条件が変化したときの押出機吐出量 押出機吐出量が増すにつれて、フィルム厚みは厚くなる
ことから、(39)式のゲイン定数k2 を定めた。 (3) 縦・横延伸倍率を変えたとき 延伸倍率変化によるゲイン定数の変化をk3 で表わす、
k3 は次式で定まる。 k3 =(ELDO/ELD )×(ELTD/ELT ) ・・・(40) 但し、ELDO:基準運転条件での縦延伸倍率 ELTD:基準運転条件での横延伸倍率 ELD :運転条件が変化したときの縦延伸倍率 ELT :運転条件が変化したときの横延伸倍率 延伸倍率が大きくなるにつれて、フィルム厚みは薄くな
ることから、(40)式のゲイン定数k3 を定めた。以
上により、各種運転条件が変化したときのゲイン定数は
総合的には次式で与えられる。 k=k1 k2 k3 ・・・(41)
【0072】次に運転条件が変化したときに、制御演算
式に使われる行列(A,B,C)がどのように変化する
かを説明する。行列(A,B,C)は、或る運転条件で
の伝達行列kG0 (s)の最小実現システムとして与え
られる状態方程式表現である。G0 (s)の最小実現シ
ステムを与える状態方程式の行列を(A0 ,B0 ,C0
)とすると、運転条件が変化したときの伝達関数行列
kG0 (s)の最小実現システムの行列(A,B,C)
は次式で与えられる 。 A=A0 ,B=B0 ,C=KC0 ・・・(42)
【0073】従って、A,B行列は、運転条件が変わっ
ても基準運転条件での行列A0 ,B0 と変わらないこと
になる。C行列は、行列C0 を(41)式で定まるゲイ
ン定数k倍して得られる。ところで制御演算式(12)
で使われる行列/Aは、(10)式に見るようにC行列
の一部を含むので、行列/Aは運転条件の変化によって
変わることになる。
【0074】次に運転条件が変わったときの無駄時間の
変化について説明する。図2でヒータ12aから縦延伸
機13までの距離l1 ,縦延伸機13から厚み計10ま
での距離をl2 とすると、ダイ2aの出口から厚み計1
0までのフィルム移動による無駄時間L1 は次式出表わ
せる。 L1 =l1 /vc +l2 /(vc ×ELD ) ・・・(43)
【0075】厚み計10のフィルム幅方向の移動による
無駄時間L2 は運転条件が変化しても変わらないが、厚
み制御での全無駄時間L=L1 +L2 は、運転条件で変
化することになる。以上で述べた運転条件が変わったと
きに、制御演算式中の行列や無駄時間が変わっても、制
御性能を保持するための手段および作用を説明する。 (1) 観測器103での制御演算式に対する対応手段
【0076】観測器103で予測値を求める(26)式
或いは(29)式で図10或いは図11に示すように、
積分開始時刻t1 が時間区間(tki,tki+1)にあると
する。時刻t1 は現在時刻tk+1 より無駄時間LA 或い
はLB だけ過去の時刻であるので、時刻t1 は運転条件
により変化することになる。積分時間「t1 −t0 =T
−LA +LB 」或いは「T−LA +LB 」は、無駄時間
L1 の成分がキャンセルされるため運転条件が変化して
も同じ制御点位置に対して大きさは変わらないが、制御
点の位置毎に異なる値を持つ。従って、制御点毎に異な
る積分区間(t1 −t0 )の大きさに応じて、例えば、
次のようなケースに分けられる。(a)区間(t1 −t
0 )が区間(tki,tki+1)内にあるとき
【0077】
【数22】 m1 =t1 −tki m2 =t1 −tki-1 但し、u(k):時間区間(tki,tki+1)での入力ベ
クトル m1 :積分区間(t1 −t0 )のうち、区間(tki,t
ki+1)にある時間長さ m2 :積分区間(t1 −t0 )のうち、区間(tki-1,
tki+1)にある時間長さ となる。次に(44)〜(46)式の演算を運転条件に
合致した形で行なうための手順を説明する。 (i ) 運転条件が定まると、各制御点毎に全無駄時間
Lを求めて各制御点毎に積分開始時刻t1 が位置する時
間区間(tki,tki+1)を定める。
【0078】更に、(45)(46)式の積分区間の大
きさm1 ,m2を定める。積分区間(t1 −t0 )は制
御点毎に異なるが、運転条件が変化しても変わることは
ない。
【0079】(ii)ヒータ間を厚み計が移動するに要す
る時間をΔT(運転条件で変わらない)とすると、積分
区間(t1 −t0 )はΔTの整数倍で与えられる。m1
,m2 は連続値であるが、ΔTの整数倍で近似する
(iii )予め、ΔTの時間刻みで2Tの時間分だけ行列
eA(NΔT)
【0080】
【数23】 を計算しておく。ここで行列A,Bは(42)式に示す
ように運転条件が変化しても変わらないので、予め一度
だけ計算しておけばよい。 (iv)行列eA(NΔT)(N=1,2…)から、制御
点毎にeA(t1 −t0 )に相当する行列を選択する。 (V )行列
【0081】
【数24】 を最も良く近似する行列を選択する。以上により、基準
運転条件での行列A,Bを使って予め計算しておいた行
【0082】
【数25】 相当する行列を選択して運転条件の変化に対応する。
【0083】次に運転条件が変わっても観測器103の
収束性が変わらないようにする必要がある。そのため、
運転条件が変わったときの(27),(30)式での観
測器ゲイン行列Kの変え方を説明する。観測器103の固有値は行列 [e A(t1 -t0 ) −KCe A(t1 -t0 )
【0084】の固有値で与えられる。基準運転条件での
観測器ゲイン行列をK0 とし、或る運転条件でC行列の
みがk倍になったときに、ゲイン行列K0 を1/k倍に
したゲイン行列Kを使えば、上記行列の固有値は基準運
転条件のときと同じになることが分かる。従って、運転
条件が変化しても観測器の収束性が変化しないようにす
るためには、観測器ゲイン行列K0 全体を1/k倍すれ
ば良い。
【0085】以上述べたように運転条件に合わせて予測
値計算式(26)(29)式で必要な行列の変更作業お
よび(27),(30)式の観測器ゲイン列Kの変更作
業は図1に示す観測器適応器200が行なう。 (2) 状態予測器106での制御演算式の対応手段 (12)式の右辺第2項の積分計算Iでは、平均無駄時
間/Lの大きさに応じて例えば、次のようなケースに分
けられる。 (a)0</L≦Tのとき
【0086】
【数26】
【0087】
【数27】 上記(47)〜(51)式の演算では、次の形の行列を
予め計算しておく必要がある。
【0088】
【数28】
【0089】ところが前述したように、(52)式の行
列中の/A行列は、運転条件によって変わるため、(5
2)式の行列は基準運転条件での拡大行列/A0 ,/B
0 について予め計算しておいた次の行列より、運転条件
に合致した(52)式の行列を求める必要がある。
【0090】
【数29】 ad1=kad0 Ad22 =Ad220 ・・・(56) bd1=kbd10 Bd2=Bd20 ・・・(57)
【0091】この(56),(57)式より、予め基準
運転条件での行列で計算しておいた行列/Ad0,/d0よ
り、或る運転条件に合致した行列/Ad ,/Bd を求め
ることができる。従って、(47)〜(51)式の演算
を運転条件に合致した形で行なうための手順を次に説明
する 。(i ) 予め基準運転条件での行列で計算しておいた行
【0092】
【数30】 を求める。 (ii) 予め、Δt秒の時間刻みでのTの時間分だけ基
準運転条件出の行列で計算しておいた行列
【0093】
【数31】 を求める。Δtは通常、1秒或いは2秒という短い時間
とする。(iii ) 運転条件から平均無駄時間/Lを定める。 (iv) 理解し易くするために、上記(d)の3T</
L≦4Tの時について説明する。
【0094】
【数32】 は(ii)でΔt刻みで演算した行列から近似する。 (v ) 上記(iv)で求めた行列の積演算をすることに
より、Iの計算式に必要な係数行列が定まる。
【0095】以上述べたように状態予測器106での計
算式、すなわち(12)式の右辺第2項の積分計算に必
要な行列を運転条件に合わせて変更する作業は、図1に
示す状態予測器適応器201が行なう。(3) 状態推移器105での制御演算式の対応手段
【0096】
【数33】 を運転条件に合わせて変更する作業は、図1に示す状態
推移器適応器202が行なう。(4) 操作量指令器108での制御演算式の対応手段 操作量指令器108では、(11)式の演算を行なうが
運転条件が変わっても制御の速応性が変わらないように
する必要がある。
【0097】基準運転条件で求めたレギュレータゲイン
行列を/F0 とする。或る運転条件で厚み感度がk倍に
なったときに、ゲイン行列を/F0 の第1列のみ1/k
に倍にしたゲイン行列/Fを使うと、そのときの行列
(/A−/B/F)の固有値は、基準運転条件のときと
殆ど同じになる。このことは、(42)式で示したよう
にA,B行列は運転条件に対して不変なこと、(11)
式右辺のベクトルの第1項のみがk倍になったことに依
る。従って、運転条件が変化しても、制御の速応性が変
化しないようにするためには、ゲイン行列/Fの第1列
のみを1/k倍にすれば良い。以上述べた、レギュレー
タゲイン行列/Fを運転条件に合わせて変更する作業は
図1に示す操作量指令器適応器203が行なう。
【0098】次に上記本発明による効果を示すために、
シミュレーション結果を示す。制御モデルは図13に示
すような10個のヒータからなるモデルを製品中央部に
想定し、制御点3〜8での製品フィルム厚みを所定の値
に制御するシミュレーション計算を行なった。シミュレ
ーションは、運転条件の変化例としてキャスティング速
度が次の2通りに変化したときの制御性能を比較したも
のである。 (1) ケース1:キャスティング速度…40m/min (2) ケース2:キャスティング速度…25m/min
【0099】図14は、キャスティング速度40m/mi
n での制御点3〜8に対応してフィルム厚み設定値を
0.5μm増したときの制御点3〜5での制御性能を示
している。図中には、ヒータ1,ヒータ2に対応する位
置での厚み変化も示している。制御点6〜8に対する制
御性能は、図14と同様の結果を示す。図14(a)
は、製品フィルム厚み変化の時間応答を示している。図
14(b)は、ヒータ発熱量指令の時間応答を示してい
る。
【0100】図15は、キャスティング速度25m/mi
n での制御点3〜5に対応するフィルム厚み設定値を
0.5μm増したときの制御性能を示している。制御点
6〜8に対する制御性能は図15と同様の結果を示す。
図15(a)は製品フィルム厚み変化の時間応答を示し
ている。図15(b)はヒータ発熱量指令の時間応答を
示している。
【0101】キャスティング速度が小さくなるにつれ
て、ヒータ発熱量変化量に対するフィルム厚み変化量の
感度が増すため、キャスティング速度が小さくなるにつ
れて、ヒータ発熱量変化量は減少している。
【0102】キャスティング速度が小さくなるにつれ
て、フィルム厚み検出の無駄時間は増えるが、キャステ
ィング速度が変わっても制御性能は殆ど変化せず約15
分で整定状態に達していることが分かる。
【0103】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、運
転条件の変化によるフィルム流動による無駄時間の変化
に対して、制御演算式の行列を運転条件に合致した値に
自動的に変更することにより、又、運転条件の変化によ
るヒータ入力変化に対するフィルム厚み感度の変化に対
して、制御演算式中の行列、レギュレータゲイン行列及
び観測器ゲイン行列を運転条件に合致した値に自動的に
変更することにより、運転条件が変化しても常に所定の
厚み制御の速応性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るフィルム厚み制御装置
の構成を示すブロック線図。
【図2】従来例のフィルム製造プラントの構成を示す
図。
【図3】ダイに埋め込まれたヒータは配置例を示す正面
図。
【図4】従来のフィルム厚み制御装置の制御ブロック
図。
【図5】従来のフィルム厚み制御装置に無駄時間を含め
たブロック図。
【図6】従来のフィルム厚み制御装置の構成を示すブロ
ック図。
【図7】5組のヒータ位置と5組の厚み検出位置の対応
を示す説明図。
【図8】フィルム厚みの動的数式モデルを表わすブロッ
ク図。
【図9】 フィルム厚みを検出する厚み計の軌跡を示す
線図。
【図10】制御演算の時間間隔及び時間積分区間を説明
する線図。
【図11】時間積分区間を説明する線図。
【図12】時間積分区間を説明する線図。
【図13】10組のヒータと10組の厚み検出位置の対
応を示す説明図。
【図14】本発明の制御装置におけるシミュレーション
結果を示す説明図。
【図15】本発明の制御装置における他のシミュレーシ
ョン結果を示す説明図。
【符号の説明】
10…厚み計、100…サンプラ、101…減算器、1
02…積分器、103…観測器、104…メモリ、10
5…状態推移器、106…状態予測器、107…加算
器、108…操作量指令器、200…観測器適応器、2
01…状態予測器適応器、202…状態推移器適応器、
203…操作量指令器適応器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B29C 55/02 B29C 55/02 G05D 5/03 G05D 5/03 // B29L 7:00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フィルムの幅方向に沿って溶融樹脂の吐出
    量を調整操作する機構をもつダイを有し、同ダイ位置と
    厚み計位置間をフィルムが流動するに要する時間だけの
    無駄時間L1を以て変化を検出する厚み計を有するフィ
    ルムの押出成形並びに流延成形装置において、 厚み計がフィルム幅方向の所定の位置に対応した厚み検
    出値と同位置での厚み設定値との差を出力する減算器
    と、 この減算器から出力される厚み差の時間積分を行う積分
    器と、 上記無駄時間L1と厚み計が所定の位置の厚み検出後、
    フィルム側先端に達する迄の時間L2との和Lの時間分
    だけ過去の操作量指令器の操作量の時系列を記憶するメ
    モリと、 このメモリに記憶されている過去の操作端の操作量の時
    系列を使って厚み計がフィルム側端部に達して全てのフ
    ィルム厚み検出値が入力された時刻より、厚み計が到達
    したフィルム側端部に応じた上記無駄時間Lだけ以前の
    状態変数の推定値を出力する観測器と、 この観測器での演算式に使う行列を決定された運転条件
    に合致するように変更する観測器適応器と、 上記積分器の出力及び上記観測器の出力が入力され、フ
    ィルム両端部での前記無駄時間Lの平均値である平均無
    駄時間/Lだけ状態を推移させる計数を乗じて厚み計が
    フィルム側端部に達した時刻での状態推定値を出力する
    状態推移器と、 この状態推移器での演算式に使う行列を決定された運転
    条件に合致するように変更する状態推移器適応器と、 上記メモリに記憶されている過去の操作端の操作量の時
    系列に基づき、厚み計がフィルム側端部に到達した時刻
    から上記平均無駄時間/Lを経た時刻までの入力の設定
    による状態変化量を出力する状態予測器と、 この状態予測器での演算式に使う行列を決定された運転
    条件に合致するように変更する状態予測器適応器と、 上記状態推移器の出力と上記状態予測器の出力を加算し
    て厚み計がフィルム側端部達した時刻での状態推定値
    を出力する加算器と、 この加算器から出力される状態推移値に状態フィードバ
    ックゲインを乗じて上記操作端の操作量指令値を出力す
    る操作量指令器と、 この操作量指令器での演算式に使う行列を決定された
    転条件に合致するように変更する操作量指令器適応器
    を具備したことを特徴とするフィルム厚み制御装置。
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