JP3717015B2

JP3717015B2 - 繊維機械における張力制御装置

Info

Publication number: JP3717015B2
Application number: JP20820696A
Authority: JP
Inventors: 隆島崎
Original assignee: Tsudakoma Industrial Co Ltd
Current assignee: Tsudakoma Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: KR19980018130A; KR100469643B1; JPH1045331A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、経糸糊付機やビーム巻返機等の繊維機械の巻取装置または送出装置において、作動中の張力変動を最少に抑えることができる繊維機械における張力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
経糸糊付機等の巻取装置において、張力変動を小さくして作動することができる電気式の張力制御装置が知られている（特公平２−１１５０４号公報、図９）。
【０００３】
図９において、糸シートＷは、送りモータＭ1 によって駆動する送りローラ１、１を介して定速走行し、ガイドローラ２ａ、２ａ付きのダンサローラ２、ガイドローラ３を介して糸ビームＢに巻き取られている。糸ビームＢは、減速ギヤＧを介して駆動モータＭに連結されており、駆動モータＭは、張力制御装置１０によって駆動制御されている。なお、ダンサローラ２には、糸シートＷの張力Ｔを検出する張力検出器ＴＤが連結されており、糸ビームＢには、巻径ｄを検出する巻径検出器ＤＢが付設されている。また、駆動モータＭは、界磁巻線Ｆを有する分巻直流電動機である。
【０００４】
張力制御装置１０の主ループは、張力設定器１１、加合せ点１２、制御器２０、加合せ点１３、１４、制御増幅器１５を縦続して形成されている。すなわち、張力設定器１１からの目標張力Ｔo 、張力検出器ＴＤからの張力Ｔは、それぞれ加合せ点１２の加算端子、減算端子に入力され、加合せ点１２からの張力偏差ΔＴ＝Ｔo −Ｔは、ＰＩＤ要素を有する制御器２０を介してトルク指令値Ｑとなり、トルク指令値Ｑは、加合せ点１３、１４を介して補正され、補正後のトルク指令値Ｑ1 ＝Ｑ＋ｑ1 ＋ｑ2 として制御増幅器１５に入力されている。また、制御増幅器１５の出力は、駆動モータＭに接続されている。ただし、ｑ1 は、補償器１６によって算出される機械損失補正量であり、ｑ2 は、補償器１７によって算出される加減速補正量である。
【０００５】
なお、補償器１６には、送りモータＭ1 に直結する回転計ＴＧからの糸シートＷの走行速度Ｖが入力されており、補償器１７には、走行速度Ｖの他、巻径検出器ＤＢからの巻径ｄ、図示しない制御装置からの加減速信号Ｓ1 が入力されている。また、巻径ｄは、界磁制御器１８にも分岐入力されており、界磁制御器１８の出力は、駆動モータＭの界磁巻線Ｆに接続されている。
【０００６】
張力制御装置１０は、制御器２０に対して最適の制御パラメータを設定することにより、張力偏差ΔＴ＝０となるように、駆動モータＭを介して糸ビームＢを駆動制御し、作動中の張力変動を小さくすることができる。なお、補償器１６は、糸シートＷの走行速度Ｖを入力することによって機械損失補正量ｑ1 を算出し、補償器１７は、走行速度Ｖ、巻径ｄの他、加減速信号Ｓ1 を入力することにより、糸ビームＢを加減速させる際に必要な余分のトルクを加減速補正量ｑ2 として算出し、それぞれ制御器２０からのトルク指令値Ｑを補正することができる。また、界磁制御器１８は、巻径ｄに比例する界磁電流を界磁巻線Ｆに供給することにより、駆動モータＭに対し、糸ビームＢの巻径ｄに対応して回転トルクを発生させることができる。なお、糸ビームＢの巻径ｄは、巻径検出器ＤＢを介して検出するに代えて、糸ビームＢの回転数Ｎと糸シートＷの走行速度Ｖとを使用し、ｄ＝πＶ／Ｎとして算出してもよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、制御器２０に設定する制御パラメータが固定されているために、作動中に糸ビームＢの巻径ｄが大きく変わり、その慣性ＧＤ²が大きく変動すると、張力制御が不調になることが少なくないという問題があった。なお、このことは、界磁制御器１８を設け、巻径ｄに比例する界磁電流を駆動モータＭの界磁巻線Ｆに供給したとしても、なお不十分である。糸ビームＢの慣性ＧＤ²は、巻径ｄによって決まるとしても、巻径ｄに比例して変化する訳のものではないからである。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、目標張力、糸ビームの慣性の少なくともいずれか一方を変数として使用し、それに基づいて制御器の制御パラメータを自動的に設定することによって、糸ビームの慣性等の制御対象の特性が大きく変動する場合であっても、張力制御が不調になったりすることがなく、作動中の張力変動を最少に抑えることができる繊維機械における張力制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、張力偏差に基づいてトルク指令値を算出する制御器と、制御器からのトルク指令値によって糸ビーム駆動用の駆動モータを駆動制御する制御増幅器とを備えてなり、制御器は、目標張力、糸ビームの慣性の一方または双方に基づいて、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの制御パラメータの少なくとも比例ゲインを変更することをその要旨とする。ただし、この発明は、最適な制御パラメータを選択して設定する場合、制御パラメータの最適値を算出して設定する場合の双方を含む。
【００１０】
なお、制御器は、制御パラメータを設定するための変数として、糸の伸度に影響する糸物性を付加することができる。
【００１１】
また、制御器は、糸ビームの慣性をＧＤ²、糸ビームの巻径をｄとするとき、ＧＤ²／ｄ²に比例する比例ゲインを設定してもよく、ＧＤ²／ｄに比例する比例ゲインを設定してもよい。
【００１２】
一方、制御器は、制御パラメータを設定するための変数として、糸ビームの巻径に基づいて算出する糸ビームの慣性を使用することもできる。
【００１３】
【作用】
かかる発明の構成によるときは、制御器は、目標張力、糸ビームの慣性の少なくともいずれか一方を変数として使用し、それに基づいて制御パラメータを設定するから、糸ビームの巻径が大きく変動し、その慣性が大きく変動する場合であっても、常に適切な制御状態を実現し、全体としての張力変動を最少にすることができ、張力制御が不調になるおそれがない。また、糸物性を変数に付加することにより、制御器は、一層良好な張力制御を実現することができる。
【００１４】
一般に、目標張力が小さいということは、制御対象となっている糸シートを構成する糸の伸度が大きいことを意味し、したがって、単位張力偏差が発生したとき、これに対応する糸シートの伸びも大きく、その張力偏差を解消させるために必要な糸ビームの回転量も大きい。よって、かかる大きな回転量を所定時間内に速やかに実現させ、発生した張力偏差を解消させるには、制御器に対し、大きな比例ゲインを設定することが必要である。目標張力が大きいときは、これらの事情が逆となり、小さい比例ゲインを設定しなければならない。そこで、目標張力の大小は、制御器の制御パラメータのうち、少なくとも比例ゲインの最適値を定める要因であり、制御パラメータを設定するための変数となり得る。
【００１５】
同様に、糸シートを構成する糸の糸物性も、糸の伸度に影響し、制御器の制御パラメータに影響を及ぼす。ただし、ここでいう糸物性とは、たとえば、糸の材質・構造、スパン糸・フィラメント糸の別、混紡率、太さ、撚数などの物性要因の他、サイジング工程時における糊材とその濃度・湿度等の環境要因を含み、糸の伸度に影響を及ぼすすべての要因をいう。
【００１６】
糸ビームの慣性ＧＤ²、巻径ｄとして、ＧＤ²／ｄ²に比例する比例ゲインを設定すれば、図９のように、駆動モータＭとして分巻直流電動機を使用し、巻径ｄに比例する界磁電流を界磁巻線Ｆに供給する場合に特に良好な制御特性を実現することができる。その理由は、次のとおりである。
【００１７】
一般に、慣性ＧＤ²（kg- ｍ²）の糸ビームを加減速時間ｔ（秒）内に回転数Ｎ（rpm ）だけ加減速させるに必要な平均トルクＴa （kg- ｍ）は、重力の加速度ｇ（ｍ／sec²）として、

である。一方、このときの糸ビームの巻径ｄ（ｍ）、周速Ｖ（ｍ／sec ）とすると、
Ｎ＝Ｖ／（πｄ）
であるから、
Ｔa ＝（１／３７５π）（ＧＤ²／ｄ）（Ｖ／ｔ）
が成り立つ。すなわち、所定時間ｔ内に周速Ｖを収束させ、糸シートの張力を整定させるには、（ＧＤ²／ｄ）を一定とし、加減速トルクＴa を一定にすることが好ましく、このような加減速トルクＴa を実現するためには、制御器の比例ゲインを（ＧＤ²／ｄ）に比例させればよい。
【００１８】
一方、図９の駆動モータＭは、界磁電流を巻径ｄに比例させているのであるから、上記前提を満足させるためには、制御器の比例ゲインをＧＤ²／ｄ²に比例させればよい。分巻直流電動機の回転トルクは、界磁電流に比例するからである。逆に、駆動モータＭの界磁電流を一定にする場合や、駆動モータＭとして直流電動機以外の可変速モータを使用し、回転トルクを可変制御する場合は、制御器の比例ゲインをＧＤ²／ｄに比例させればよい。
【００１９】
なお、糸ビームの慣性ＧＤ² は、糸シートを巻き上げる巻ビーム自体の慣性と、巻ビーム上の糸シートの慣性との和であって、前者は、巻径ｄによらず一定であるが、後者は、巻径ｄによって変動する。そこで、かかる糸ビームの慣性ＧＤ² は、巻径ｄと、巻きビーム自体の慣性（一定）とから、糸シートを構成する糸の単位長さ当りの重量（密度）や本数等を反映して計算によって求めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
繊維機械における張力制御装置１０は、張力設定器１１、制御器２０、制御増幅器１５を備えてなる（図１）。ただし、図１において、張力検出器ＴＤ、巻径検出器ＤＢ、駆動モータＭは、それぞれ図９の同符号の機器に対応しているものとする。
【００２２】
張力設定器１１からの目標張力Ｔo 、張力検出器ＴＤからの張力Ｔは、それぞれ加合せ点１２の加算端子、減算端子に入力されており、加合せ点１２からの張力偏差ΔＴ＝Ｔo −Ｔは、制御器２０に入力されている。制御器２０からのトルク指令値Ｑは、加合せ点１３、１４を介し、補正されたトルク指令値Ｑ1 ＝Ｑ＋ｑ1 ＋ｑ2 として制御増幅器１５に入力されており、制御増幅器１５の出力は、駆動モータＭに接続されている。なお、加合せ点１３、１４の各一方の加算端子には、それぞれ図９の補償器１６、１７からの機械損失補正量ｑ1 、加減速補正量ｑ2 が入力されており、分巻直流電動機からなる駆動モータＭの界磁巻線Ｆには、界磁制御器１８を介し、糸ビームＢの巻径ｄに比例する界磁電流が供給されている。
【００２３】
制御器２０は、それぞれＰＩＤ要素を有する複数の制御器２１ｉ（ｉ＝ａ、ｂ…ｎ）と、制御器２１ｉの出力側に介装する切換回路２２と、切換回路２２を適宜切換え制御する切換制御回路２３とを備えて構成されている（図１、図２）。各制御器２１ｉは、Ｐ要素を有するサブ制御器２１ｉ1 （ｉ＝ａ、ｂ…ｎ）、Ｉ要素を有するサブ制御器２１ｉ2 （ｉ＝ａ、ｂ…ｎ）、Ｄ要素を有するサブ制御器２１ｉ3 （ｉ＝ａ、ｂ…ｎ）を並列接続してなり、加合せ点１２からの張力偏差ΔＴは、各制御器２１ｉに対して分岐入力されている。一方、切換制御回路２３には、張力設定器１１からの目標張力Ｔo 、巻径検出器ＤＢからの糸ビームＢの巻径ｄが分岐入力される他、糸ビームＢに巻き取る糸シートＷを構成する糸の糸物性ＳＱが入力されている。ただし、糸物性ＳＱは、たとえば図示しないデータ設定器を介し、仕掛ける糸によって決まる適当な物性値を与えるものとする。
【００２４】
切換制御回路２３は、目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱに基づいて切換信号Ｓ1 を切換回路２２に送出し、切換回路２２は、切換信号Ｓ1 に従って、複数の制御器２１ｉの１組を切換え選択することができる。そこで、各制御器２１ｉを構成するサブ制御器２１ｉ1 、２１ｉ2 、２１ｉ3 には、それぞれが有するＰ要素、Ｉ要素、Ｄ要素として適当な制御パラメータがあらかじめ設定されているものとすれば、制御器２０は、切換制御回路２３、切換回路２２を介し、目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱを変数として最適の制御パラメータを選択して設定することができる。すなわち、制御器２０は、目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱが変動しても、最適の制御パラメータに基づいてトルク指令値Ｑを演算して出力することができ、全体として最良の制御状態を実現することができる。
【００２５】
【他の実施の形態】
図１、図２の制御器２０は、種々の変形が考えられる。
【００２６】
たとえば、切換回路２２、切換制御回路２３は、乗算器２４、演算器２５に代えてもよい（図３）。ただし、同図の制御器２０は、１組のサブ制御器２１ａ1 、２１ａ2 、２１ａ3 のみを有する。演算器２５は、目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱを入力し、これらの変数に対応するパラメータ補正量ｍを算出して乗算器２４に送出する。そこで、乗算器２４は、サブ制御器２１ａ1 、２１ａ2 、２１ａ3 の出力にパラメータ補正量ｍを乗ずることにより、目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱに対応するトルク指令値Ｑを発生することができる。
【００２７】
また、図３において、乗算器２４は、Ｐ要素を有するサブ制御器２１ａ1 の出力側に対してのみ介装し（図４）、サブ制御器２１ａ2 、２１ａ3 の出力側は、加合せ点２４ａを介して乗算器２４の出力側に接続することができる。目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱに基づくパラメータ補正量ｍは、サブ制御器２１ａ1 に対してのみ有効であり、制御器２０は、これらの変数に基づいてサブ制御器２１ａ1 に対応する比例ゲインのみを変化させることができ、サブ制御器２１ａ2 、２１ａ3 に設定する積分ゲイン、微分ゲインは、一定のままに保つことができる。一般に、大慣性の糸ビームＢを駆動する場合、オフセットを補正するための積分ゲイン、急峻な外乱に対応するための微分ゲインは、一定のままに保持しても十分実用的な張力制御を達成することができるからである。
【００２８】
また、図２の切換回路２２は、各複数台のサブ制御器２１ｉ1 、２１ｉ2 の入力側に分割して配設し（図５）、サブ制御器２１ｉ1 、２１ｉ2 の出力側には、加算器２６を介装してもよい。ただし、ここでは、Ｄ要素を有するサブ制御器２１ｉ3 は省略されており、切換回路２２、２２は、それぞれ、サブ制御器２１ｉ1 、２１ｉ2 を切換え選択することにより、制御器２０の比例ゲイン、積分ゲインを設定することができる。また、図５において、積分ゲインを一定に保持するときは、１台の切換回路２２のみを使用すればよい（図６）。さらに、複数のサブ制御器２１ｉ1 は、図３の演算器２５、乗算器２４の組合せに代えることもできる（図７）。
【００２９】
一方、図４、図７の演算器２５は、制御器２０の制御パラメータのうち、比例ゲインにのみ着目しており、たとえば、図８のように構成することができる。
【００３０】
図８において、巻径ｄは、演算器２５ａに入力されており、演算器２５ａには、糸シートＷを構成する糸の単位長さ当りの重量ρと本数ｎとが併せ入力されている。また、演算器２５ａの出力は、加合せ点２５ｂ、換算器２５ｃを介して乗算器２５ｆに接続されており、加合せ点２５ｂには、糸ビームＢに使用する巻ビームの慣性ＧＤ²bが併せ入力されている。また、巻径ｄは、換算器２５ｃにも併せ入力されている。一方、目標張力Ｔo 、糸物性ＳＱは、それぞれ補正演算器２５ｄ、２５ｅに入力されている。補正演算器２５ｄ、２５ｅの各出力も、乗算器２５ｆに接続されており、乗算器２５ｆの出力は、パラメータ補正量ｍとして外部に出力されている。
【００３１】
演算器２５ａは、巻径ｄ、糸シートＷを構成する糸の単位長さ当りの重量ρ、本数ｎを入力することにより、糸ビームＢの慣性ＧＤ²のうち、巻ビーム上の糸の慣性ＧＤ²wを算出することができる。そこで、加合せ点２５ｂは、糸ビームＢの慣性ＧＤ²＝ＧＤ²w＋ＧＤ²bを算出することができ、換算器２５ｃは、加合せ点２５ｂからの慣性ＧＤ²と巻径ｄとを入力することにより、ＧＤ²／ｄ²に比例するパラメータ補正量ｍg を演算して乗算器２５ｆに送出することができる。
【００３２】
一方、補正演算器２５ｄ、２５ｅは、それぞれ目標張力Ｔo 、糸物性ＳＱに基づくパラメータ補正量ｍt 、ｍs を算出し、乗算器２５ｆに出力するから、乗算器２５ｆは、パラメータ補正量ｍ＝ｍg ・ｍt ・ｍs を算出して外部に出力することができる。すなわち、このときのパラメータ補正量ｍは、ＧＤ²／ｄ²に比例するものとなっている。また、パラメータ補正量ｍt 、ｍs は、それぞれ、目標張力Ｔo の増加に対して一様に減少し、糸物性ＳＱによって示される糸の伸度に対して一様に増加する曲線になることがわかっている。
【００３３】
なお、糸ビームＢを駆動する駆動モータＭの界磁巻線Ｆに一定の界磁電流を供給するとき、図８の換算器２５ｃは、ＧＤ²／ｄ²に代えて、ＧＤ²／ｄに比例するパラメータ補正量ｍg を算出すればよい。駆動モータＭが分巻直流電動機以外の可変速モータである場合も同様である。また、図８において、演算器２５ａ、加合せ点２５ｂを削除し、巻径ｄを入力する換算器２５ｃのみによってパラメータ補正量ｍg を算出してもよい。このときの換算器２５ｃは、ＧＤ²／ｄ²またはＧＤ²／ｄに比例するパラメータ補正量ｍg に代えて、巻径ｄを変数としてパラメータ補正量ｍg を算出し、制御器２０の比例ゲインを設定することができる。
【００３４】
また、図１、図２の切換制御回路２３、図３、図４、図７の演算器２５に入力させる目標張力Ｔo 、巻径ｄ、糸物性ＳＱは、糸物性ＳＱを省略し、前２者の一方または双方のみとしてもよい。すなわち、制御器２０は、目標張力Ｔo のみ、糸ビームＢの慣性ＧＤ² または巻径ｄのみを変数として、または、これらの組合せを変数として、あるいは、これらに糸物性ＳＱを付加したものを変数として制御パラメータを最適に設定し、作動させることができる。
【００３５】
なお、この発明は、経糸糊付機やビーム巻返機等の巻取装置のみならず、同種の繊維機械の送出装置に対してもそのまま適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、目標張力と、糸ビームの慣性との少なくともいずれか一方を変数として使用し、それに基づいて制御器の制御パラメータを設定することによって、制御器は、制御対象である糸シートの目標張力や糸ビームの巻径が変動し、制御特性が大きく変動する場合であっても、常に最適の制御パラメータにより作動させることができるから、張力制御が不調になったりするおそれがなく、張力変動を最少に抑えることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体構成ブロック系統図
【図２】図１の要部詳細ブロック系統図
【図３】他の実施の形態を示す図２相当図（１）
【図４】他の実施の形態を示す図２相当図（２）
【図５】他の実施の形態を示す図２相当図（３）
【図６】他の実施の形態を示す図２相当図（４）
【図７】他の実施の形態を示す図２相当図（５）
【図８】他の実施の形態を示す要部詳細ブロック系統図
【図９】従来技術を示す全体ブロック系統説明図
【符号の説明】
Ｍ…駆動モータ
Ｂ…糸ビーム
ＧＤ² …慣性
ｄ…巻径
Ｔ…張力
Ｔo …目標張力
ＳＱ…糸物性
Ｑ…トルク指令値
１０…張力制御装置
１５…制御増幅器
２０…制御器

Claims

張力偏差に基づいてトルク指令値を算出する制御器と、該制御器からのトルク指令値によって糸ビーム駆動用の駆動モータを駆動制御する制御増幅器とを備えてなり、前記制御器は、目標張力、糸ビームの慣性の一方または双方に基づいて、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインの制御パラメータの少なくとも比例ゲインを変更することを特徴とする繊維機械における張力制御装置。
前記制御器は、制御パラメータを設定するための変数として、糸の伸度に影響する糸物性を付加することを特徴とする請求項１記載の繊維機械における張力制御装置。
前記制御器は、糸ビームの慣性をＧＤ² 、糸ビームの巻径をｄとするとき、ＧＤ² ／ｄ² に比例する比例ゲインを設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の繊維機械における張力制御装置。
前記制御器は、糸ビームの慣性をＧＤ² 、糸ビームの巻径をｄとするとき、ＧＤ² ／ｄに比例する比例ゲインを設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の繊維機械における張力制御装置。
前記制御器は、制御パラメータを設定するための変数として、糸ビームの巻径に基づいて算出する糸ビームの慣性を使用することを特徴する請求項１または請求項２記載の繊維機械における張力制御装置。