JP6350420B2 - Learning type tension controller - Google Patents
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Description
この発明は、プロセスラインの学習型張力制御装置に関する。 The present invention relates to a learning type tension control device for a process line.
図2は、非鉄金属プロセスラインの張力制御装置をループカーに適用した構成例を示す図である。1は金属材料(鉄および非鉄金属)からなるストリップ、2、3はブライドルロール、4はループカーである。ループカー4はモータ5により駆動される。6はストリップ1の張力を測定する張力検出器である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example in which a tension control device for a non-ferrous metal process line is applied to a loop car. 1 is a strip made of a metal material (ferrous and non-ferrous metal), 2 is a bridle roll, and 4 is a loop car. The
ストリップ1に与えられる目標張力TAIMは、張力・トルク変換回路7で目標トルクQAIMに変換される。目標トルクQAIMに、メカロストルクQLと加減速トルクQFが加算されて、トルク基準QREFとして、トルク制御回路8へ導入される。トルク制御回路8は、トルク基準QREFに基づいて電力変換器(図示せず)を介してモータ5のトルクを制御する。
The target tension T AIM given to the
目標張力TAIMと、張力検出器6により検出された実張力TFBKとの張力偏差ΔTは、増幅器11に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、張力偏差ΔTが零となるように制御される。
The tension deviation ΔT between the target tension T AIM and the actual tension TFBK detected by the tension detector 6 is introduced into the
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、特許文献1を認識している。特許文献1は、フィードフォワード補償を要しない張力制御装置を開示する。
In addition, the applicant has recognized
上述したメカロストルクQLは、ループカー4とモータ5の摩擦などの機械損トルクであり、速度基準SPREF毎に関数テーブルに保存されている。また、上述した加減速トルクQFは、加減速時に必要なトルクであり、ループカー4とモータ5の慣性モーメント(機械慣性モーメント)の和Jに基づいて算出される。上述の張力制御装置では、メカロストルクQLや、慣性モーメントJは、定数として記憶されている。そのため、当初は現物に合っていても、機械の経時変化(すなわち、機械摩耗などによるメカロスの増加や、ロール摩耗による慣性の減少)が進むと、メカロストルク補償量や加減速トルク補償量が実際に必要な適正値に対して、徐々に乖離が大きくなる。その結果、補償不足あるいは過補償となり、その分が目標張力TAIMとの差となって、張力制御精度を悪化させる要因となっていた。
The mechanical loss torque Q L described above is a mechanical loss torque such as friction between the
上述のように、張力偏差ΔTは、増幅器11に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、ΔTが零となるように制御されるが、フィードバック制御系のため遅れが生じるため十分とはいえない。
As described above, the tension deviation ΔT is introduced into the
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる学習型張力制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a learning type that can reduce an error expansion due to a change with time of mechanical loss torque and acceleration / deceleration torque used for tension control and can reduce deterioration of tension control accuracy. An object is to provide a tension control device.
この発明は、上記の目的を達成するため、材を搬送するロールと、前記ロールを駆動するモータとを備えるプロセスラインに用いられる学習型張力制御装置であって、
前記材の実張力を検出する張力検出器と、
速度基準に応じたメカロストルクを出力するメカロス補償回路と、
前記ロールおよび前記モータの慣性モーメントと、前記速度基準とに基づいて加減速トルクを出力する加減速補償回路と、
目標張力と前記実張力との張力偏差が零になるように前記目標張力を補正した補正後目標張力を目標トルクに変換し、前記目標トルクを、前記メカロス補償回路から出力されたメカロストルクおよび前記加減速補償回路から出力された加減速トルクで補正したトルク基準に基づいて、前記モータを制御する制御回路と、
前記張力偏差を前記ロールの実半径で除算してトルク偏差に変換する変換回路と、
前記ロールが一定速度である場合に、前記トルク偏差をメカロストルク誤差とみなして、前記メカロス補償回路に記憶された前記速度基準に応じたメカロストルクを前記メカロストルク誤差に基づいて更新するメカロストルク更新回路と、
前記ロールが加速または減速している場合に、前記トルク偏差と前記速度基準から慣性モーメント誤差を計算する計算回路と、
前記加減速補償回路に記憶された前記慣性モーメントを前記慣性モーメント誤差に基づいて更新する慣性モーメント更新回路と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a learning type tension control device used in a process line including a roll for conveying a material and a motor for driving the roll,
A tension detector for detecting the actual tension of the material;
Mechanical loss compensation circuit that outputs mechanical loss torque according to the speed reference;
An acceleration / deceleration compensation circuit that outputs acceleration / deceleration torque based on the moment of inertia of the roll and the motor and the speed reference;
The corrected target tension is corrected to a target torque so that a tension deviation between the target tension and the actual tension becomes zero, and the target torque is converted into a target torque, the mechanical torque output from the mechanical loss compensation circuit, and the target torque A control circuit for controlling the motor based on the torque reference corrected by the acceleration / deceleration torque output from the acceleration / deceleration compensation circuit;
A conversion circuit that divides the tension deviation by the actual radius of the roll to convert it into torque deviation;
When the roll is at a constant speed, the torque deviation is regarded as a mechanical loss torque error, and the mechanical loss torque is updated based on the mechanical loss torque error according to the speed reference stored in the mechanical loss compensation circuit. Circuit,
A calculation circuit that calculates an inertia moment error from the torque deviation and the speed reference when the roll is accelerating or decelerating;
And an inertia moment update circuit that updates the inertia moment stored in the acceleration / deceleration compensation circuit based on the inertia moment error.
この発明に係る学習型張力制御装置によれば、プロセスラインにおいて、機械の経時変化によって機械データが変わる場合であっても、目標張力と実張力との張力偏差に基づいて、速度基準に応じたメカロストルクや、慣性モーメントを更新することができる。そのため、この発明によれば、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる。 According to the learning type tension control device according to the present invention, even if the machine data changes due to the change of the machine over time in the process line, the speed reference is made based on the tension deviation between the target tension and the actual tension. Mecharos torque and moment of inertia can be updated. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce an error increase due to a change with time of mechanical loss torque and acceleration / deceleration torque used for tension control, and to reduce deterioration of tension control accuracy.
実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明するための構成図である。
図1に示すシステムは、プロセスラインおよびその張力制御装置を備える。プロセスラインは、材であるストリップ1を搬送する複数のロールを備える。ストリップ1は、金属材料(鉄および非鉄金属)である。図1には、複数のロールとして、ブライドルロール2、3、ループカー4が描かれている。ループカー4は、ギアボックス(図示省略)を介してモータ5に接続されている。モータ5は、ループカー4を回転駆動する。
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a system configuration according to
The system shown in FIG. 1 includes a process line and its tension control device. The process line includes a plurality of rolls that convey the
張力制御装置は、ストリップ1の実張力(張力の実績値)を検出する張力検出器6、ループカー4のロール半径(実半径)を検出する検出器17を備える。また、張力制御装置は、基本的な制御回路を備える。制御回路は、目標張力TAIMと実張力TFBKとの張力偏差ΔTが零になるように目標張力TAIMを補正した補正後目標張力を目標トルクQAIMに変換し、目標トルクQAIMを、メカロス補償回路9から出力されたメカロストルクQLおよび加減速補償回路10から出力された加減速トルクQFで補正したトルク基準QREFに基づいて、モータ5を制御する。
The tension control device includes a tension detector 6 that detects an actual tension (actual value of tension) of the
上述した制御回路の具体的構成について説明する。目標張力TAIMは、ストリップ1に与える張力の目標値である。目標張力TAIMは、張力・トルク変換回路7で目標トルクQAIMに変換される。目標トルクQAIMに、メカロストルクQLと、加減速トルクQFが加算され、トルク基準QREFとして、トルク制御回路8へ導入される。トルク制御回路8は、トルク基準QREFに基づいて電力変換器(図示せず)を介してモータ5のトルクを制御する。
A specific configuration of the control circuit described above will be described. The target tension T AIM is a target value of the tension applied to the
また、目標張力TAIMと、張力検出器6により検出された実張力TFBKとの張力偏差ΔTは、増幅器11に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、張力偏差ΔTが零となるようにフィードバック制御される。
Further, the tension deviation ΔT between the target tension T AIM and the actual tension T FBK detected by the tension detector 6 is introduced into the
ここで、メカロストルクQLは、ループカー4とモータ5の摩擦などの機械損トルクである。メカロス補償回路9は、速度基準SPREF毎にメカロストルクQLを定めた関数テーブルを記憶している。メカロス補償回路9は、関数テーブルから、速度基準SPREFに対応するメカロストルクQLを出力する。
Here, the mechanical loss torque Q L is a mechanical loss torque such as friction between the
また、加減速トルクQFは、加減速時に必要なトルクであり、ループカー4とモータ5の慣性モーメントの和Jと、速度基準SPREFを微分した加速度とを乗算することで(1)式より求められ、加減速補償回路10から出力される。
Furthermore, acceleration and deceleration torque Q F is a torque required for acceleration and deceleration, and the sum J of the moment of inertia of
メカロス補償回路9に予め記憶されたメカロストルクQLや、加減速補償回路10に予め記憶された慣性モーメントJは、当初は現物に合っていても、機械の経時変化(すなわち機械摩耗(ベアリングやギアボックスの摩耗を含む)などによるメカロスの増加やロール摩耗による慣性の減少)が進むと、メカロストルク補償量や加減速トルク補償量が実際に必要な適正値に対して、徐々に乖離が大きくなる。その結果、補償不足あるいは過補償となり、その分が目標張力TAIMとの差となって、張力制御精度を悪化させる要因となる。
Even if the mechanical loss torque Q L stored in advance in the mechanical loss compensation circuit 9 and the inertia moment J stored in advance in the acceleration /
そこで、本発明の実施の形態1に係る張力制御装置では、機械の経時変化に応じて、メカロストルク補償、加減速補償を更新する学習機能を備えることとした。以下、本発明の実施の形態1に係る学習型の張力制御装置の主な特徴について説明する。 Therefore, the tension control device according to the first embodiment of the present invention is provided with a learning function for updating mechanical loss torque compensation and acceleration / deceleration compensation in accordance with changes over time of the machine. Hereinafter, main features of the learning type tension control device according to the first embodiment of the present invention will be described.
張力制御装置は、張力偏差ΔTをトルク偏差ΔQに変換する張力・トルク変換回路12を備える。具体的には、トルク偏差ΔQは、張力偏差ΔTをループカー4のロール半径(実半径)で除算して算出される。実半径は、検出器17により検出される。
The tension control device includes a tension /
張力制御装置は、トルク偏差ΔQが検出された時の速度基準SPREFから、トルク偏差ΔQがメカロストルク誤差ΔQLおよび加減速トルク誤差ΔQFのいずれであるかを判断して振り分ける判断回路13を備える。 The tension controller determines whether the torque deviation ΔQ is the mechanical loss torque error ΔQ L or the acceleration / deceleration torque error ΔQ F from the speed reference SP REF when the torque deviation ΔQ is detected. Prepare.
メカロストルク誤差ΔQLの同定方法について説明する。ループカー4が一定速度で運転しているときは、加減速補償回路10の出力は零(dSPREF/dt=0)であり、張力偏差ΔTを変換したトルク偏差ΔQを、メカロストルク誤差ΔQLとみなすことができる。よって、判断回路13は、トルク偏差ΔQをその速度基準SPREFにおけるメカロストルク誤差ΔQLと判断する。その後、メカロストルク更新回路15は、ループカー4のロールが一定速度である場合に、メカロス補償回路9が有する関数テーブルに記憶された速度基準SPREFに応じたメカロストルクQLを、メカロストルク誤差ΔQLに基づいて更新する。例えば、メカロストルクQLにメカロストルク誤差ΔQLを加算又は減算した値QL’で更新する。
A method for identifying the mechanical loss torque error ΔQ L will be described. When the
次に、加減速トルク誤差ΔQFの同定方法と、慣性モーメントJの計算方法について説明する。ループカー4が定速運転から加速あるいは減速に転じたときには、張力偏差ΔTを変換したトルク偏差ΔQを、加減速トルク誤差ΔQFとみなすことができる。よって、判断回路13は、トルク偏差ΔQを加減速トルク誤差ΔQFと判断する。J計算回路14は、ループカー4のロールが加速または減速している場合に、トルク偏差ΔQと、その時の速度基準SPREFを用いた式(2)により慣性モーメント誤差ΔJを算出する。
慣性モーメント更新回路16は、加減速補償回路10に記憶された慣性モーメントJを慣性モーメント誤差ΔJに基づいて更新する。例えば、慣性モーメントJに慣性モーメント誤差ΔJを加算又は減算した値J’で更新する。
The inertia
以上説明したように、本実施形態に係る張力制御装置によれば、機械の経時変化により機械データが変化した場合であっても、目標張力TAIMと実張力TFBKとの張力偏差ΔTに基づいて、速度基準SPREFに応じたメカロストルクQLや、慣性モーメントJを更新することができる。そのため、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる。 As described above, according to the tension control device according to the present embodiment, even if the machine data changes due to the change of the machine over time, the tension control device according to the present embodiment is based on the tension deviation ΔT between the target tension T AIM and the actual tension T FBK. Thus, the mechanical loss torque Q L and the moment of inertia J corresponding to the speed reference SP REF can be updated. For this reason, it is possible to reduce an increase in error due to a change with time of mechanical loss torque and acceleration / deceleration torque used for tension control, and to reduce deterioration of tension control accuracy.
(変形例)
ところで、上述した実施の形態1のシステムにおいて、メカロストルク更新回路15、および慣性モーメント更新回路16におけるデータ更新方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、過去データを保存しておき、新データと過去データの平均値を用いて更新してもよい。また、通過したコイル数の平均値に基づいて更新してもよい。また、次の関係式、新データ=旧データ(QL又はJ)×(1−α)+測定データ(QL’又はJ’)×αを用いて更新してもよい。なお、αは重みであり、予め設定されているものとする。
(Modification)
By the way, in the system of
また、上述した実施の形態1のシステムにおいて、材はストリップ1としたが、材は金属材料に限定されるものではない。材は紙であってもよい。即ち、本発明は抄紙機における張力制御装置にも適用可能である。
Moreover, in the system of
また、上述した実施の形態1のシステムにおいて、ロールはループカー4のロールとしたが、ループカー4のロールに限定されるものではない。モータにより駆動されるロールであればよい。
Moreover, in the system of
尚、上述した実施の形態1においては、ループカー4のロールがこの発明における「ロール」に、上述した基本的な制御回路がこの発明における「制御回路」に、「張力・トルク変換回路12」この発明における「変換回路」に、J計算回路14がこの発明における「計算回路」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the roll of the
1 ストリップ
2、3 ブライドルロール
4 ループカー
5 モータ
6 張力検出器
7 張力・トルク変換回路
8 トルク制御回路
9 メカロス補償回路
10 加減速補償回路
11 増幅器
12 張力・トルク変換回路
13 判断回路
14 J計算回路
15 メカロストルク更新回路
16 慣性モーメント更新回路
17 検出器
QAIM 目標トルク
QF 加減速トルク
QL メカロストルク
QREF トルク基準
SPREF 速度基準
TAIM 目標張力
TFBK 実張力
ΔJ 慣性モーメント誤差
ΔQ トルク偏差
ΔQF 加減速トルク誤差
ΔQF 慣性モーメント誤差
ΔQL メカロストルク誤差
ΔT 張力偏差
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記材の実張力を検出する張力検出器と、
速度基準に応じたメカロストルクを出力するメカロス補償回路と、
前記ロールおよび前記モータの慣性モーメントと、前記速度基準とに基づいて加減速トルクを出力する加減速補償回路と、
目標張力と前記実張力との張力偏差が零になるように前記目標張力を補正した補正後目標張力を目標トルクに変換し、前記目標トルクを、前記メカロス補償回路から出力されたメカロストルクおよび前記加減速補償回路から出力された加減速トルクで補正したトルク基準に基づいて、前記モータを制御する制御回路と、
前記張力偏差を前記ロールの実半径で除算してトルク偏差に変換する変換回路と、
前記ロールが一定速度である場合に、前記トルク偏差をメカロストルク誤差とみなして、前記メカロス補償回路に記憶された前記速度基準に応じたメカロストルクを前記メカロストルク誤差に基づいて更新するメカロストルク更新回路と、
前記ロールが加速または減速している場合に、前記トルク偏差と前記速度基準から慣性モーメント誤差を計算する計算回路と、
前記加減速補償回路に記憶された前記慣性モーメントを前記慣性モーメント誤差に基づいて更新する慣性モーメント更新回路と、
を備えることを特徴とする学習型張力制御装置。 A learning type tension control device used in a process line comprising a roll for conveying a material and a motor for driving the roll,
A tension detector for detecting the actual tension of the material;
Mechanical loss compensation circuit that outputs mechanical loss torque according to the speed reference;
An acceleration / deceleration compensation circuit that outputs acceleration / deceleration torque based on the moment of inertia of the roll and the motor and the speed reference;
The corrected target tension is corrected to a target torque so that a tension deviation between the target tension and the actual tension becomes zero, and the target torque is converted into a target torque, the mechanical torque output from the mechanical loss compensation circuit, and the target torque A control circuit for controlling the motor based on the torque reference corrected by the acceleration / deceleration torque output from the acceleration / deceleration compensation circuit;
A conversion circuit that divides the tension deviation by the actual radius of the roll to convert it into torque deviation;
When the roll is at a constant speed, the torque deviation is regarded as a mechanical loss torque error, and the mechanical loss torque is updated based on the mechanical loss torque error according to the speed reference stored in the mechanical loss compensation circuit. Circuit,
A calculation circuit that calculates an inertia moment error from the torque deviation and the speed reference when the roll is accelerating or decelerating;
An inertia moment update circuit that updates the inertia moment stored in the acceleration / deceleration compensation circuit based on the inertia moment error;
A learning type tension control device comprising:
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