JP3285069B2 - 張力制御方法 - Google Patents

張力制御方法

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JP3285069B2 JP14383594A JP14383594A JP3285069B2 JP 3285069 B2 JP3285069 B2 JP 3285069B2 JP 14383594 A JP14383594 A JP 14383594A JP 14383594 A JP14383594 A JP 14383594A JP 3285069 B2 JP3285069 B2 JP 3285069B2
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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、金属、紙、フィルム等
の製造・加工設備におけるマルチドライブ制御システム
の中の制御方法における張力制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、マルチドライブ制御システムの
一部を示している。図において、1はウェブ材料、2、
3は駆動ロール、4は張力検出器、5、6は減速機、
7、8は電動機、9、10は速度検出器、11、12は
ドライブ装置、13、14は速度制御器、15、16は
速度偏差手段、17は張力偏差手段、18は張力制御
器、19は張力指令Tref を設定する張力設定器、20
は速度指令Vref を設定する速度指令器から構成され、
ロール3は速度制御、ロール2は張力制御されている。
ここで、張力制御されている部分についてその作用を簡
単に説明する。ロール2には減速機5を介して電動機7
が連結され、その電動機7は速度検出器10より得た速
度検出信号にもとづいて速度制御される速度制御のマイ
ナーループを有している。さらに、張力検出器4より制
御量であるウェブの張力を検出し、その張力検出信号T
fbを使って、張力制御器18により張力制御されてい
る。速度制御部の速度制御器13では、従来PI(D)
制御、張力制御部の張力制御器にもPI(D)制御が用
いられている。図3は、従来のPI制御器を含んだ張力
制御系の構成図である。図中21はウェブの張力発生部
の伝達関数であり、他の符号は図2に対応している。図
において、速度指令値20がロール2の速度制御器13
とロール3の速度制御部14に入力され、さらに張力制
御器18の出力がロール2の速度制御器13に入力され
る。速度指令値に対するロール2とロール3の速度応答
が合っていないと、速度指令値変更時に張力制御器出力
23以外の速度差が発生して、張力変動を引き起すの
で、これを防ぐ方法として、ロール2とロール3の速度
応答の遅い方にもう一方の速度応答を合わせるように速
度制御器のコントロールパラメータを調整するか、速度
応答の遅いロールの速度制御器に速度応答を合わせるた
めに必要な加減速トルクを補償していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、何らかの原因により張力に外乱が入力された時、2
ロール間の速度応答の遅い方に速度応答を合わせた場合
は、外乱の変動速度に速度応答が追いついていくことが
できず、外乱の影響を除去することができない。また、
加減速トルクを補償して2つのロール間の速度応答を合
わせた場合は、速度指令値変更時の速度応答は合ってい
ても、張力外乱入力時の張力変動に対する速度応答が異
なるため、速度差が変動し、張力制御性能を劣化させる
という問題点があった。そこで、本発明は、速度指令値
の変更時や、張力外乱印加時に発生する張力変動を抑制
するために、速度指令に対する速度応答及び張力に対す
る速度応答を設計者の与える速度応答モデルに一致させ
ることによって、速度差が変動することによって発生す
る張力変動を抑制し、張力制御性能を大きく改善する制
御手法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、紙、フィルム及び金属帯などのウェブ材
料を複数のロールで移送する駆動ロール用電動機の制御
方法であって、前記各電動機がライン速度を基準とする
速度指令に基づく速度制御ループを有し、相隣接する前
記2つの駆動ロール用電動機の一方は、さらに、そのマ
イナループとして前記速度制御ループを有し、かつ相隣
接する前記2つの駆動ロール間のウェブ張力を検出張力
とする張力制御ループを有するようにしたロール駆動用
電動機の張力制御方法において、速度指令と各ロールの
速度制御部を結ぶループ内に、速度制御部の逆モデルと
予め設定した速度応答モデルとからなる第一の補償要素
を設け、さらに張力と各ロールの前記速度制御部を結ぶ
ループ内に、速度制御部の逆モデルと前記速度応答モデ
ルとからなる第二の補償要素を設け、前記2つの駆動ロ
ールの速度指令に対する速度応答を同じにするととも
に、前記2つの駆動ロールの張力変動に対する速度応答
も同じにすることにより、速度指令及び検出張力に対す
る前記2つの駆動ロールの速度応答が前記速度応答モデ
ルと一致するようにしたものである。また、第一の補償
要素をCF (1+Tm ・S/Kv )とし、第二の補償要
素をK−(Tm S+Kv )・CF としてもよい。ただ
し、CF は設計者の設定する速度応答モデル、Tm は各
ロールの機械的時定数、Kv は各ロールの速度制御比例
ゲイン、Kは各ロールの張力トルク変換定数とする。
【0005】
【作用】上記手段により、速度指令変更時及び張力外乱
印加時のいずれにおいても、2ロール間の速度応答が一
致するために必要な補償トルクが速やかに決定されるの
で、2ロール間の揃速性が大幅に向上し、張力制御性能
が大きく改善される。
【0006】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて
説明する。図1は本発明の制御原理を示す図で、速度応
答モデルと速度制御系の逆モデルを有する補償要素を用
いた速度制御部を含んだ張力制御方法を示す構成図であ
る。以下の実施例では、前記各ロールの機械的時定数T
m を、ロール2ではTMA、ロール3ではTMB、とし、前
記各ロールの速度制御比例ゲインKv を、ロール2では
VA、ロール3ではKVBとしている。図において、1
3、14、18、20は図2、3と共通で、21は図3
の21に同じである。22、23は速度指令に対する速
度応答調整用補償器、24、25は検出張力に対する速
度応答調整用補償器である。張力設定ロールのドライブ
制御装置の速度制御系の速度指令Vref から、張力設定
ロール速度VA (s)までの数学モデルは、(1)式の
ようになる。
【0007】
【数1】
【0008】ここで、TMAは張力設定ロールの機械的時
定数、KVAは張力設定ロールの速度制御比例ゲイン、G
VA(s)はVref からVA (s)までの伝達関数であ
る。また同様に、隣接ロールのドライブ制御装置の速度
制御系の速度指令Vref から隣接ロール速度VB (s)
までの数学モデルは、(2)式となる。
【0009】
【数2】
【0010】ここで、TMBは隣接ロールの機械的時定
数、KVBは隣接ロールの速度制御比例ゲイン、G
VB(s)はVref からVB (s)までの伝達関数であ
る。従来の技術で述べたように、一般にVA (s)とV
B (s) との応答は異なるので、 TMB/KVB≠TMA/KVA (3) であるとする。ここで、図1に示すように、張力設定ロ
ール部速度制御系と速度指令との間に、(1)式中の伝
達関数GVA(s)の逆モデル
【0011】
【数3】
【0012】と、設計者の設定する速度応答モデルCF
とからなる補償要素
【0013】
【数4】
【0014】を挿入し、さらに隣接ロール部速度制御系
と速度指令との間に、(2)式中の伝達関数GVB(s)
の逆モデル
【0015】
【数5】
【0016】と、設計者の設定する速度応答モデルCF
とからなる補償要素
【0017】
【数6】
【0018】を挿入する。このとき、図1Vref から、
A (s)及びVB (s) までの数学モデルは、
(8)、(9)式で表される。
【0019】
【数7】
【0020】(8)式と(9)式は同一となるから、張
力設定ロール速度VA (s) 、隣接ロール速度V
B (s) は、設計者の設定する速度応答モデルCF によ
り一意に決定される。つまり、VA (s)とVB (s)
は速度指令に対して同じ速度応答を持つことが分る。次
に図3において、張力yから張力設定ロール速度V
A (s)までの数学モデルを(10)式に示す。
【0021】
【数8】
【0022】ここで、KA は張力設定ロールの張力トル
ク変換定数、GfA(s)はyからVA (s)までの伝達
関数である。同様に、張力yから隣接ロール速度V
B (s) までの数学モデルを、(11)式に示す。
【0023】
【数9】
【0024】ここで、KB は隣接ロールの張力トルク変
換定数、GVB(s)はyからVB (s)までの伝達関数
である。ここで、図1に示すように、検出張力から、張
力設定ロール部速度制御系へ、(10)式中の伝達関数
fA(s)の逆モデル GfA(s)-1=1/KA (TMAs+KVA) (12) と設計者の設定する速度応答モデルCF で構成された補
償要素 KA −KA ・GfA(s)-1・CF =KA −(TMAs+KVA)CF (13) を含んだループを付加し、検出張力から、隣接ロール部
速度制御系へ(11)式中の伝達関数GVB(s)の逆モ
デル GfB(s)-1=1/KB (TMBs+KVB) (14) と設計者の設定する速度応答モデルCF で構成された補
償要素 KB +KB ・GfB(s)-1・CF =KB +(TMBs+KVB)CF (15) を含んだループを付加する。このとき、検出張力yか
ら、VA (s)及びVB (s) までの数学モデルは、
(16)及び(17)式で表される。
【0025】
【数10】
【0026】(16)式と(17)式は同一であり、よ
って張力設定ロール速度VA (s)と隣接ロール速度V
B (s)は、設計者の設定する応答モデルCF により一
意に決定される。つまり、VA (s)とVB (s)は、
張力に対しても同じ速度応答を持つことが分る。張力制
御系内の速度制御系に従来系のPI補償器のみを用いた
場合と、本発明である速度応答モデルと速度制御系の逆
モデルに基づいた補償要素を付加した場合の数値シミュ
レーション例を図4、5に示す。図4は、張力制御器で
あるPI補償器は張力指令応答を重視したPIパラメー
タ設定をし、速度制御器にPI補償器のみを用いた場合
の数値シミュレーション結果である。シミュレーション
の条件はすべて同じで、図4に示すように、最初、ライ
ン速度V1 (m/s)、張力目標値f1 (kg)で制御
を行う。t1 (sec)からt2 (sec) の(t2
−t1 )秒間に設定ライン速度V2 (m/s)となるよ
うに、直線的に加速をする。加速終了後、t3 (se
c)まで定速運転し、t4 (sec)までの(t4 −t
3 )秒間に、設定ライン速度V3 (m/s)となるよう
に直線的に減速を行う。図4から分るように、加減速時
の速度指令に対して速度応答差があるため張力変動が発
生し、その張力変動が反作用の負荷外乱としてフィード
バックされ、張力に対する速度応答差によって大きな張
力変動を生じていることがわかる。また図5は、張力制
御器であるPI補償器は張力指令応答を重視したPIパ
ラメータ設定をし、速度制御器にPI補償器と本発明の
補償要素を付加した場合の数値シミュレーション結果で
ある。それに対し、本発明を用いることによって、張力
変動が良好に抑制され、従来方法では得られなかった高
い制御性能を得ることができることが図5で分る。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ラ
インの加減速時及び張力外乱印加時においても、2つの
ロール間の速度応答を合わせるために必要な加減速トル
クが速やかに補償されるので、張力制御性能を大幅に向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例
【図2】マルチドライブ制御システムにおける張力制御
【図3】従来の実施例
【図4】従来技術による張力制御の数値シミュレーショ
ン結果
【図5】本発明を用いた張力制御の数値シミュレーショ
ン結果
【符号の説明】
1 ウェブ材料 2、3 駆動ロール 4 張力検出器 5、6 減速機 7、8 電動機 9、10速度検出器 11、12 ドライブ装置 13、14 速度制御器 15、16 速度偏差手段 17 張力偏差手段 18 張力制御器 22、23 速度指令に対する第一の補償器 24、25 検出張力に対する第二の補償器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紙、フィルム及び金属帯などのウェブ材
    料を複数のロールで移送する駆動ロール用電動機の制御
    方法であって、 前記各電動機がライン速度を基準とする速度指令に基づ
    く速度制御ループを有し、相隣接する前記2つの駆動ロ
    ール用電動機の一方は、さらに、そのマイナループとし
    て前記速度制御ループを有し、かつ相隣接する前記2つ
    の駆動ロール間のウェブ張力を検出張力とする張力制御
    ループを有するようにしたロール駆動用電動機の張力制
    御方法において、 速度指令と各ロールの速度制御部を結ぶループ内に、速
    度制御部の逆モデルと予め設定した速度応答モデルとか
    らなる第一の補償要素を設け、さらに張力と各ロールの
    前記速度制御部を結ぶループ内に、速度制御部の逆モデ
    ルと前記速度応答モデルとからなる第二の補償要素を設
    け、前記2つの駆動ロールの速度指令に対する速度応答
    を同じにするとともに、前記2つの駆動ロールの張力変
    動に対する速度応答も同じにすることにより、速度指令
    及び検出張力に対する前記2つの駆動ロールの速度応答
    が前記速度応答モデルと一致するようにしたことを特徴
    とする張力制御方法。
  2. 【請求項2】 前記第一の補償要素をCF (1+Tm
    S/Kv )とし、前記第二の補償要素をK−(Tm S+
    v )・CF とする、請求項1記載の張力制御方法。た
    だし、CF は設計者の設定する速度応答モデル、Tm
    各ロールの機械的時定数、Kv は各ロールの速度制御比
    例ゲイン、Kは各ロールの張力トルク変換定数、Sはラ
    プラース演算子とする。
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CN113619296B (zh) * 2021-07-23 2023-01-13 天津七所精密机电技术有限公司 适用于绘图仪的高精度步进走纸运动系统及走纸控制方法

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