JP7179242B1 - Tension controller and tension control system - Google Patents
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Abstract
張力制御装置(100)は、回転体であるローラーシャフト(6)が回転するときの、ローラーシャフト(6)に巻かれてローラーシャフト(6)の回転によって巻き取りまたは巻き出されるウエブ材料(5)の張力と、ローラーシャフト(6)に巻かれたウエブ材料(5)の巻径とに基づいて、巻径によって変化するメカロス係数を推定する第1のメカロス係数推定部と、巻径によって変化するメカロス係数を用いた補正を行ってローラーシャフト(6)を回転させる制御指令を生成する演算部と、を備える。A tension control device (100) controls a web material (5 ) and the winding diameter of the web material (5) wound on the roller shaft (6), a first mechanical loss coefficient estimating unit for estimating the mechanical loss coefficient that varies with the winding diameter; and a calculation unit that generates a control command to rotate the roller shaft (6) by performing correction using the mechanical loss coefficient.
Description
本開示は、巻芯に巻きつけられた対象物の巻き取りまたは巻き出し時に対象物の張力変動を補正する張力制御装置および張力制御システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a tension control device and a tension control system that correct tension fluctuations of an object when winding or unwinding the object wound around a core.
紙、フィルム、糸、ワイヤ、金属箔等のウエブ(対象物)に印刷、成形等の加工を施す際に、巻芯からのウエブの巻き出しまたは巻芯へのウエブの巻き取りが行われる場合がある。対象物の巻き出しまたは巻き取り時には、対象物の変形、破断を防ぐため、ウエブに加わる張力を一定の範囲内となるように制御する必要がある。一方で、機械や巻軸のメカロスと慣性モーメントは張力制御に対する外乱となり、張力変動が生じる。そのため、高精度かつ安定して張力を制御するためには、機械や巻軸のメカロスと慣性モーメントを補正する必要がある。 When the web (object) such as paper, film, thread, wire, metal foil, etc. is subjected to processing such as printing, molding, etc., and the web is unwound from or wound around the core. There is When unwinding or winding an object, it is necessary to control the tension applied to the web within a certain range in order to prevent deformation and breakage of the object. On the other hand, mechanical loss and moment of inertia of machines and winding shafts become disturbances to tension control, causing tension fluctuations. Therefore, in order to control the tension with high accuracy and stability, it is necessary to correct the mechanical loss and moment of inertia of the machine and the winding shaft.
実際の現場では、調整員が補正値の変更と試運転を繰り返し行うことで、メカロスおよび慣性モーメントの補正値を決めている。適した補正値でないと、高精度かつ安定した張力制御ができず、適した補正値を求めようとすると、試運転の回数が増え、多くの工数がかかるという問題がある。また、設計図や使用材料などから理論的に補正値を算出する場合では、装置の理論値からのずれといった製造誤差による要因や、調整員による調整の場合では誤設定や個人差等の人的要因により、補正値の最適値からのずれが発生する可能性があるという問題がある。上記問題に対して、特許文献1では巻芯の回転速度を制御し、メカロスと慣性モーメントの補正値を推定し、推定した補正値を元に張力変動を補正している。 At the actual site, the correction values for the mechanical loss and the moment of inertia are determined by the coordinator repeatedly changing the correction values and performing trial runs. If the correction value is not suitable, high-precision and stable tension control cannot be performed, and if a suitable correction value is to be obtained, the number of test runs increases, and there is a problem that many man-hours are required. In addition, when theoretically calculating correction values from design drawings and materials used, there are factors due to manufacturing errors such as deviations from the theoretical values of the equipment, and in the case of adjustments by coordinators, there are human factors such as incorrect settings and individual differences. There is a problem that the correction value may deviate from the optimum value for some reason. To address the above problem, Patent Document 1 controls the rotational speed of the winding core, estimates correction values for the mechanical loss and moment of inertia, and corrects tension fluctuations based on the estimated correction values.
特許文献1では、巻芯の回転速度を制御することで補正値を推定しているため、巻芯を駆動するアクチュエータが速度制御に対応している必要がある。しかし、速度を制御できないトルク制御専用のアクチュエータも存在しており、このような場合には補正値を推定することができないという問題があった。 In Patent Document 1, the correction value is estimated by controlling the rotation speed of the core, so the actuator that drives the core needs to be compatible with speed control. However, there are also actuators dedicated to torque control that cannot control the speed, and in such cases there is a problem that the correction value cannot be estimated.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、巻芯の回転速度を制御できない場合であっても補正値を推定して張力制御することができる張力制御装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a tension control device capable of estimating a correction value and performing tension control even when the rotational speed of the winding core cannot be controlled. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる張力制御装置は、回転体である巻芯が回転するときの、巻芯に巻かれて巻芯の回転によって巻き取りまたは巻き出される対象物の張力と、巻芯に巻かれた対象物の巻径とに基づいて、巻径によって変化するメカロス係数を推定する第1のメカロス係数推定部と、巻径によって変化するメカロス係数を用いた補正を行って巻芯を回転させる制御指令を生成する演算部と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a tension control device according to the present disclosure is a winding or winding device wound around a winding core when the winding core, which is a rotating body, rotates. A first mechanical loss coefficient estimator for estimating a mechanical loss coefficient that varies with the winding diameter based on the tension of the object to be pulled out and the winding diameter of the object wound around the winding core, and a mechanical loss coefficient that varies with the winding diameter and a calculation unit that generates a control command to rotate the winding core by performing correction using .
本開示によれば、巻芯の回転速度を制御できない場合であっても補正値を推定して張力制御することができる張力制御装置を得ることという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to obtain an effect of obtaining a tension control device capable of estimating a correction value and performing tension control even when the rotational speed of the winding core cannot be controlled.
以下に、本開示の実施の形態にかかる張力制御装置および張力制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。 A tension control device and a tension control system according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
<システムの構成>
図1は、実施の形態1にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。張力制御システムは、張力制御装置100に張力に相当するデータを出力する張力データ出力装置(張力出力部)1、張力制御装置100に巻径に相当するデータを出力する巻径データ出力装置(巻径出力部)2、巻芯であるローラーシャフト6に巻かれ、搬送中の張力を制御する対象物であるウエブ材料5、アクチュエータ7と接続されてウエブ材料5を巻くローラーシャフト6、ローラーシャフト6を駆動するアクチュエータ7、アクチュエータ7を制御するアクチュエータ制御装置8、ウエブ材料5の張力制御及び、補正値の推定と補正をおこなう張力制御装置100を備える。Embodiment 1.
<System configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to Embodiment 1. FIG. The tension control system includes a tension data output device (tension output unit) 1 that outputs data corresponding to tension to the
なお、ローラーシャフト6上に巻かれたウエブ材料5を巻軸材料と呼び、ローラーシャフト6とローラーシャフト6に巻きつけられたウエブ材料5とをまとめて巻軸と呼ぶ。本実施の形態1の張力制御システムは、巻出機の場合では巻軸からウエブ材料5を連続的に繰り出し(巻き出し)、巻取機の場合では巻軸にウエブ材料5を連続的に巻き取る。ウエブ材料5は自在に変形可能な長尺の材料であって、紙またはフィルムといった帯状のシート材の他に、線状の材料であっても良い。
The
<張力制御装置100の構成>
図2は、実施の形態1にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図2に示すように、張力制御装置100は、張力制御装置100の外部から張力データを入力する張力データ入力部111、張力制御装置100の外部から巻径データを入力する巻径データ入力部112、補正値である巻軸材料のメカロス係数を推測する巻軸材料のメカロス係数推定部(第1のメカロス係数推定部)121、推定した補正値である巻軸材料のメカロス係数を記憶する巻軸材料のメカロス係数記憶部131、巻軸材料のメカロス係数をトルク単位に変換する巻軸材料のメカロス係数トルク換算部141、実際に張力制御を行い、アクチュエータ制御装置8へアクチュエータ7に対する指令を出力する張力制御演算部150を備える。<Configuration of
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the tension control device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the
<補正値の推定>
[推定時のシステムの動き]
巻軸材料のメカロス係数を推定する際には下記の2つの条件を満たす、張力データと巻径データを張力制御装置100に入力する。推定のためには条件を満たす張力データと巻径データが2点必要となる。より具体的には、ウエブ材料5の巻き取り経過中または巻き出し経過中の異なる時点でのデータである。また、張力データと巻径データは2点同士で異なる必要がある。<Estimation of correction value>
[System behavior during estimation]
When estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material, tension data and winding diameter data that satisfy the following two conditions are input to the
張力データは張力データ出力装置1から出力される。張力データ出力装置1が張力データを求める方法及び、張力制御装置100に入力する方法は複数あるため、張力に相当するデータが張力制御装置100に入力できればその方法に制限はない。
The tension data is output from the tension data output device 1 . Since there are a plurality of methods for obtaining tension data by the tension data output device 1 and for inputting the tension data to the
張力データを求める方法の例として、張力検出器を用いて直接張力を測定する方法以外に、張力とは異なるデータ(ダンサーの位置、ウエブ材料5のたるみ、振動数など)または信号(巻軸のパルス信号など)により張力を演算する方法、シミュレータやAI等によって張力に相当する値を推定する方法などがある。
As an example of a method of obtaining tension data, in addition to a method of directly measuring tension using a tension detector, data different from tension (position of the dancer, slackness of the
張力データを張力制御装置100に入力する方法の例として、張力データを電圧値に変換し入力するなどの張力データ出力装置1から直接張力制御装置100に入力する方法以外に、張力データ出力装置1の出力から人が読み取った張力データ値を直接張力制御装置100に手入力する方法、張力データ出力装置1を介さず張力制御装置100に直接張力検出器などから入力する方法などがある。直接張力検出器などから入力する場合には張力検出器が張力出力部となる。
As an example of the method of inputting the tension data to the
巻径データは巻径データ出力装置2から出力される。巻径データ出力装置2が巻径データを求め、張力制御装置100に入力する方法は複数あるため、巻径に相当するデータが張力制御装置100に入力できればその方法に制限はない。
The winding diameter data is output from the winding diameter
例えば、超音波センサ等を用いて直接巻径を測定する方法以外に、巻径とは異なるデータ(ライン速度、材料厚など)または信号(巻軸のパルス信号、運転の開始信号など)により巻径を演算する方法、シミュレータやAI等によって巻径に相当する値を推定する方法などがある。 For example, in addition to the method of directly measuring the winding diameter using an ultrasonic sensor, etc., it is possible to use data (line speed, material thickness, etc.) or signals (pulse signal of the winding shaft, operation start signal, etc.) that are different from the winding diameter. There are a method of calculating the diameter and a method of estimating a value corresponding to the winding diameter by a simulator, AI, or the like.
巻径データを入力する方法の例として、巻径データを電圧値に変換し入力するなどの巻径データ出力装置2から直接張力制御装置100に入力する方法以外に、巻径データ値を人が直接張力制御装置100に手入力する方法、巻径データ出力装置2を介さず張力制御装置100に直接超音波センサ等から入力する方法などがある。
As an example of the method of inputting the winding diameter data, in addition to the method of converting the winding diameter data into a voltage value and inputting it directly from the winding diameter
1つ目の条件はアクチュエータ7のトルクが一定となることである。アクチュエータ7が出力するトルクをアクチュエータ制御装置8が制御することで1つ目の条件を満たすことが可能となる。また、アクチュエータ7を駆動する電流とアクチュエータ7のトルクが一対一となるアクチュエータ7の場合、アクチュエータ電流を一定にすることで1つ目の条件を満たすことが可能となる。
The first condition is that the torque of the
2つ目の条件は巻軸の角加速度が0となることである。また、ウエブ材料5が極端に厚くない場合、ライン速度を一定速度にし、ライン加速度を0にしても同様の条件となる。ライン速度は巻径と回転速度の掛け算に比例する。ウエブ材料5が極端に厚くない場合、推定のためのデータを取得する期間の巻径変化はほぼ0、つまり巻径を定数とみなすことができる。この場合ライン速度と回転速度が比例するため、ライン加速度が0のとき、巻軸の角加速度が0と同じ条件となる。
The second condition is that the angular acceleration of the winding shaft is zero. If the
[推定方法]
ウエブ材料5にかかる張力を「F」、巻軸のウエブ材料5の巻き数によって増減する巻径を「D」、アクチュエータ7から巻軸に加える負荷トルクを「Tb」、巻径によって変化するメカロストルクを「Tmr」、巻径によって変化しないメカロストルクを「Tmo」、巻径によって変化する慣性トルクを「Tlr」、巻径によって変化しない慣性トルクを「Tlo」とすると、張力とトルクと巻径の関係から式(1)の関係が成り立つ。[Estimation method]
"F" is the tension applied to the
巻径によって変化するメカロストルク「Tmr」は式(2)のように、巻径によって変化するメカロスの係数である巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と巻径「D」とにより表すことができる。巻軸材料のメカロス係数「Xmr」は巻軸などの回転部分に設けられたベアリングの摩擦、ウエブ材料5の密度、ウエブ幅などの機械構成とウエブ材料5によって決まる係数である。The mechanical loss torque “T mr ” that varies with the winding diameter is represented by the mechanical loss coefficient “X mr ” of the winding shaft material, which is the coefficient of the mechanical loss that varies with the winding diameter, and the winding diameter “D”, as shown in Equation (2). can be done. The mechanical loss coefficient “X mr ” of the winding shaft material is a coefficient determined by the
巻径によって変化しないメカロストルク「Tmo」は式(3)のように、巻径によって変化しないメカロスの係数である機械のメカロス係数「Xmo」として表すことができる。機械のメカロス係数「Xmo」はギヤの駆動ロス、ベアリングの摩擦などの機械構成によって決まる係数である。The mechanical loss torque “T mo ” that does not change with the winding diameter can be expressed as the mechanical loss coefficient “X mo ”, which is the coefficient of the mechanical loss that does not change with the winding diameter, as shown in Equation (3). The mechanical loss coefficient “X mo ” of the machine is a coefficient determined by the mechanical configuration such as gear driving loss and bearing friction.
巻径によって変化する慣性トルク「Tlr」は式(4)のように、巻径によって変化する慣性モーメント係数である巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」と巻径「D」と巻軸の角加速度「α」により表すことができる。巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」はウエブ材料5の密度、ウエブ幅などのウエブ材料5によって決まる係数である。Inertia torque “T lr ” that changes with the winding diameter is expressed by Equation (4), where the inertia moment coefficient “X lr ” of the winding shaft material, which is the moment of inertia coefficient that changes with the winding diameter, the winding diameter “D”, and the winding shaft can be represented by the angular acceleration "α" of The moment of inertia coefficient “X lr ” of the roll material is a coefficient determined by the
巻径によって変化しない慣性トルク「Tlo」は式(5)のように、巻径によって変化しない慣性モーメント係数である巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlo」と巻軸の角加速度「α」により表すことができる。巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlo」はギヤやアクチュエータ7の慣性モーメント、巻軸の巻芯の重さなどの機械構成によって決まる係数である。Inertia torque “T lo ” that does not change with the winding diameter is expressed by Equation (5), where the inertia moment coefficient “X lo ” of the winding material, which is the moment of inertia coefficient that does not change with the winding diameter, and the angular acceleration “α” of the winding shaft can be represented by The moment of inertia coefficient “X lo ” of the material of the winding shaft is determined by the mechanical configuration such as the moment of inertia of the gear and
式(1)に式(2)~(5)を代入すると、式(6)と表せる。 Substituting equations (2) to (5) into equation (1) yields equation (6).
式(6)より、1点目の張力を「F1」、1点目の巻径を「D1」、2点目の張力を「F2」、2点目の巻径を「D2」とし、データ取得時の条件から巻軸の角加速度「α」を0とすると、巻軸材料のメカロス係数を「Xmr」は式(7)のように表される。From equation (6), the tension at the first point is "F 1 ", the winding diameter at the first point is "D 1 ", the tension at the second point is "F 2 ", and the winding diameter at the second point is "D 2 , and the angular acceleration “α” of the winding shaft is set to 0 from the conditions at the time of data acquisition, the mechanical loss coefficient “X mr ” of the winding shaft material is expressed as shown in Equation (7).
[推定時の張力制御装置100の動き]
図2に示した張力制御装置100に対して、条件を満たした2点の張力データを張力データ入力部111から入力し、条件を満たした2点の巻径データを巻径データ入力部112から入力し、巻軸材料のメカロス係数推定部121にて式(7)の計算を行うことで、巻軸材料のメカロス係数「Xmr」が推定される。推定された巻軸材料のメカロス係数「Xmr」を巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶する。[Movement of
Two points of tension data satisfying the conditions are input from the tension
<補正>
[補正時の張力制御装置100の動き]
実際に張力制御する時には巻軸材料のメカロス係数トルク換算部141にて、式(2)を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と巻径データ入力部112から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。<Correction>
[Movement of
When the tension is actually controlled, the mechanical loss coefficient “X mr ” of the winding shaft material stored in the winding shaft material mechanical loss
張力制御演算部150はウエブ材料5の張力を制御するための演算を行い、演算値にトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置8へ出力する。
The tension
補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、アクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。例えば、トルク補正値分を直接巻軸のアクチュエータ7に対するトルク指令を加減算して補正する方法以外に、巻軸のアクチュエータ7のトルク対電流特性を用いてトルク補正分を電流に換算し、電流指令を加減算して補正する方法、巻軸と前後段(巻出軸の場合後段、巻取軸の場合前段)の駆動軸との回転速度差にて張力を制御する場合、トルク補正分を回転速度差に換算し、巻軸のアクチュエータ7に対する回転速度指令を加減算して補正する方法などがある。
Whether the correction value is added or subtracted depends on the system configuration such as unwinding, winding, and control method. Also, the actuator control command may be any command as long as the torque can be corrected. For example, in addition to the method of correcting the torque correction value by directly adding or subtracting the torque command to the
[補正時の張力制御システムの動き]
アクチュエータ制御装置8は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ7を制御する。アクチュエータ7は巻軸と直接もしくはギヤやベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料5の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径が変化していくため、巻径の変化に合わせて巻径データ出力装置2から張力制御装置100に巻径データを入力することで、巻径に合わせた補正が可能となる。[Movement of the tension control system during correction]
The
以上説明した張力制御システムによれば巻出・巻取機に適した巻軸材料のメカロスの補正値を設計図や材料使用等から理論的に算出したり、補正値の推定や製造誤差による理論値からのずれの合わせこみのため、調整員が補正値の変更と試運転を繰り返ししたりする必要がなくなり、調整に必要な工数が低減できる。 According to the tension control system described above, it is possible to theoretically calculate the correction value of the mechanical loss of the reel shaft material suitable for the unwinding/winding machine from design drawings and material usage, etc., estimate the correction value, and theoretically Adjustment of the deviation from the value eliminates the need for the adjuster to repeat the change of the correction value and the test run, and the man-hours required for adjustment can be reduced.
また、巻出・巻取機に適した巻軸材料のメカロスの補正値を算出することができるため、算出する補正値に対して、装置の理論値からずれといった製造誤差による要因や調整員の個人差や誤設定などの人為的要因を排除できる。また、推定した巻軸材料のメカロス係数をもとに補正を行うことにより、実際の張力制御時の巻軸材料のメカロスによる、張力変動を抑制できるという効果がある。 In addition, since it is possible to calculate the correction value of the mechanical loss of the winding shaft material suitable for the unwinding / winding machine, the calculated correction value may be affected by factors such as manufacturing errors such as deviation from the theoretical value of the device and the adjustment staff. Human factors such as individual differences and incorrect settings can be eliminated. Further, by performing correction based on the estimated mechanical loss coefficient of the winding shaft material, there is an effect that tension fluctuation due to the mechanical loss of the winding shaft material during actual tension control can be suppressed.
また、巻軸材料のメカロス係数の推定時の1つ目の条件がアクチュエータ7のトルクが一定であることであり、巻軸材料のメカロスの補正時にもアクチュエータ7のトルクを補正することができればよいため、回転速度を制御できないアクチュエータ7であっても張力制御を行うことができる。このように、実施の形態1に適応できるアクチュエータは回転速度制御専用のアクチュエータ7だけでなく、トルク制御専用のアクチュエータ7にも適応することができるため様々な張力制御システムに適応することが可能となる。また、回転速度制御とトルク制御を切り替えることができるアクチュエータ7であれば、推定時と補正時でアクチュエータ7の制御方式を切り替えることで、さらに幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
In addition, the first condition for estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material is that the torque of the
実施の形態2.
<システムの構成>
実施の形態2では、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。図3は、実施の形態2にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。実施の形態2の張力制御システムは実施の形態1に追加して、角加速度に相当するデータを張力制御装置100に出力する角加速度データ出力装置(角加速度出力部)3を備える。
<System configuration>
In the second embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to a second embodiment. The tension control system according to the second embodiment includes an angular acceleration data output device (angular acceleration output section) 3 that outputs data corresponding to angular acceleration to the
<張力制御装置100の構成>
図4は、実施の形態2にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図4に示すように、張力制御装置100は実施の形態1に追加して、張力制御装置100の外部から角加速度データを入力する角加速度データ入力部114、補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を推測する巻軸材料の慣性モーメント係数推定部(第1の慣性モーメント係数推定部)123、補正値である機械の慣性モーメント係数を推測する機械の慣性モーメント係数推定部(第2の慣性モーメント係数推定部)124、推定した補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を記憶する巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133、推定した補正値である機械の慣性モーメント係数を記憶する機械の慣性モーメント係数記憶部134、巻軸材料の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部143、機械の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻機械の慣性モーメント係数トルク換算部144、を備える。<Configuration of
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a tension control device according to a second embodiment. As shown in FIG. 4, the
<巻軸材料のメカロス係数の推定>
巻軸材料のメカロス係数の推定方法は実施の形態1と同様である。<Estimation of mechanical loss coefficient of winding shaft material>
The method for estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material is the same as in the first embodiment.
<巻軸材料の慣性モーメント係数の推定>
[巻軸材料の慣性モーメント係数の推定時のシステムの動き]
巻軸材料の慣性モーメント係数を推定する際には下記の2つの条件を満たす、張力データと巻径データと角加速度データを張力制御装置100に入力する。推定のためには条件を満たす張力データと巻径データが2点と角加速度データが1点と巻軸材料のメカロス係数が必要となる。<Estimation of Moment of Inertia Coefficient of Roller Material>
[Behavior of the system when estimating the moment of inertia coefficient of the winding shaft material]
When estimating the moment of inertia coefficient of the winding shaft material, tension data, winding diameter data, and angular acceleration data that satisfy the following two conditions are input to the
張力データ、巻径データの出力方法は実施の形態1と同様である。角加速度データは角加速度データ出力装置3から出力される。角加速度データ出力装置3が角加速度データを求め、張力制御装置100に入力する方法は複数あるため、角加速度に相当するデータが張力制御装置100に入力できればどの方法でも問題ない。例えば、角加速度センサ等を用いて直接角加速度を測定する方法以外に、角加速度とは異なるデータ(ライン速度、ライン加速度、巻径、材料厚、巻軸の位置、巻軸回転速度など)または信号(巻軸回転のパルス信号、ラインのエンコーダ信号など)により角加速度を演算する方法、シミュレータまたはAI等によって角加速度に相当する値を推定する方法などがある。
The method of outputting the tension data and winding diameter data is the same as in the first embodiment. Angular acceleration data is output from the angular acceleration
角加速度データを入力する方法の例として、角加速度データを電圧値に変換し入力するなどの角加速度データ出力装置3から直接張力制御装置100に入力する方法以外に、角加速度データ出力装置3の出力から人が読み取った角加速度データ値を人が直接張力制御装置100に手入力する方法、角加速度データ出力装置3を介さず張力制御装置100に直接角加速度センサ等から入力する方法などがある。
As an example of the method of inputting the angular acceleration data, in addition to the method of converting the angular acceleration data into a voltage value and inputting it directly from the angular acceleration
1つ目の条件はアクチュエータ7のトルクが一定となることである。アクチュエータ7が出力するトルクをアクチュエータ制御装置8が制御することで1つ目の条件を満たすことが可能となる。また、アクチュエータ7を駆動する電流とアクチュエータ7のトルクが一対一となるアクチュエータ7の場合、アクチュエータ電流を一定にすることで1つ目の条件を満たすことが可能となる。
The first condition is that the torque of the
2つ目の条件は巻軸の角加速度が0以外の一定となり、2点分の張力データと巻径のデータを取得する際の角加速度の値が同じになることである。また、ウエブ材料5が極端に厚くない場合、ライン加速度を0以外の一定にしても2つ目の条件を満たすことができる。ライン速度は巻径と回転速度の掛け算に比例する。ウエブ材料5が極端に厚くない場合、推定のためのデータを取得する期間の巻径変化はほぼ0、つまり巻径を定数とみなすことができる。この場合ライン速度と回転速度が比例するため、ライン加速度が0以外の一定のとき、巻軸の角加速度が0以外の一定という2つ目の条件を満たすことができる。なお、巻軸の角加速度「α」はライン加速度「a」と巻径「D」から式(8)のように表せる。
The second condition is that the angular acceleration of the winding shaft is constant other than 0, and that the angular acceleration values when acquiring the tension data and winding diameter data for two points are the same. Also, if the
[巻軸材料の慣性モーメント係数の推定方法]
式(6)より、1点目の張力を「F1」、1点目の巻径を「D1」、2点目の張力を「F2」、2点目の巻径を「D2」とし、巻軸の角加速度を「α」とすると、巻軸材料の慣性モーメント係数を「Xlr」は式(9)のように表される。[Method for estimating moment of inertia coefficient of winding shaft material]
From equation (6), the tension at the first point is "F 1 ", the winding diameter at the first point is "D 1 ", the tension at the second point is "F 2 ", and the winding diameter at the second point is "D 2 , and the angular acceleration of the winding shaft is “α”, the moment of inertia coefficient of the winding shaft material, “X lr ”, is expressed as shown in Equation (9).
[巻軸材料の慣性モーメント係数推定時の張力制御装置100の動き]
図4に示す張力制御装置100に、条件を満たす2点の張力データを張力データ入力部111から入力し、条件を満たす2点の巻径データを巻径データ入力部112から入力し、1点の角加速度データを角加速度データ入力部114から入力し、巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」を用いて、巻軸材料の慣性モーメント係数推定部123にて式(9)の計算を行うことで、巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」が推定される。推定された巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」を巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133にて記憶する。[Movement of the
In the
<機械の慣性モーメント係数の推定>
[機械の慣性モーメント係数の推定時のシステムの動き]
機械の慣性モーメント係数を推定する際には下記の2つの条件を満たす、張力データと巻径データと角加速度データを張力制御装置100に入力する。推定のためには条件を満たす張力データと巻径データが2点と角加速度データが2点と巻軸材料のメカロス係数と機械の慣性モーメント係数が必要となる。張力データ、巻径データ、角加速度データの出力方法は巻軸材料の慣性モーメント係数の推定時と同様である。<Estimation of Moment of Inertia Coefficient of Machine>
[System movement when estimating the moment of inertia coefficient of the machine]
When estimating the moment of inertia coefficient of the machine, the tension data, winding diameter data, and angular acceleration data that satisfy the following two conditions are input to the
1つ目の条件はアクチュエータ7のトルクが一定となることである。アクチュエータ7が出力するトルクをアクチュエータ制御装置8が制御することで可能となる。また、アクチュエータ7を駆動する電流とアクチュエータ7のトルクが一対一となるアクチュエータ7の場合、アクチュエータ電流を一定にすることでも1つ目の条件を満たすことができる。
The first condition is that the torque of the
2つ目の条件は巻軸の角加速度が0以外の一定となり、2点分の張力データと巻径のデータを取得する際の角加速度の値が異なることである。また、巻軸材料の慣性モーメント係数の推定時と同様に、角加速度の代わりにライン速度またはライン加速度を用いてもよい。 The second condition is that the angular acceleration of the winding shaft is constant other than 0, and the values of the angular acceleration when acquiring the tension data and the winding diameter data for two points are different. Also, line velocity or line acceleration may be used instead of angular acceleration, as in estimating the moment of inertia coefficient of the winding shaft material.
[機械の慣性モーメント係数の推定方法]
式(6)より、1点目の張力を「F1」、1点目の巻径を「D1」、1点目の角加速度を「α1」、2点目の張力を「F2」、2点目の巻径を「D2」、2点目の角加速度を「α2」とすると、機械の慣性モーメント係数を「Xlo」は式(10)のように表される。[Method for estimating moment of inertia coefficient of machine]
From equation (6), the tension at the first point is "F 1 ", the winding diameter at the first point is "D 1 ", the angular acceleration at the first point is "α 1 ", and the tension at the second point is "F 2 ', the winding diameter of the second point is "D 2 ", and the angular acceleration of the second point is "α 2 ", then the moment of inertia coefficient of the machine "X lo " is expressed as shown in Equation (10).
[機械の慣性モーメント係数推定時の張力制御装置100の動き]
図4に示す張力制御装置100に、条件を満たす2点の張力データを張力データ入力部111から入力し、条件を満たす2点の巻径データを巻径データ入力部112から入力し、条件を満たす2点の角加速度データを角加速度データ入力部114から入力し、巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と、機械のメカロス係数記憶部132に記憶されている巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」とを用いて、機械の慣性モーメント係数推定部124にて式(10)の計算を行うことで、機械の慣性モーメント係数「Xlo」が推定される。推定された機械の慣性モーメント係数「Xlo」は機械の慣性モーメント係数記憶部134に記憶される。[Movement of the
In the
<補正>
[補正時の張力制御装置100の動き]
実際に張力制御する時には、巻軸材料のメカロス係数トルク換算部141にて、式(2)を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と巻径データ入力部112から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。<Correction>
[Movement of
When the tension is actually controlled, the mechanical loss coefficient "X mr ” and the winding diameter data input from the winding diameter data input unit 112, the correction value of the mechanical loss of the winding shaft material in units of torque is calculated.
巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部143にて、式(4)を用いて巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133に記憶されている巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」と巻径データ入力部112から入力された巻径データおよび角加速度データ入力部114から入力された角加速度データにより、トルク単位の巻軸材料の慣性モーメントの補正値が算出される。In the moment-of-inertia-coefficient-of-inertia-
機械の慣性モーメント係数トルク換算部144にて、式(5)を用いて機械の慣性モーメント係数記憶部134に記憶されている機械の慣性モーメント係数「Xlo」と角加速度データ入力部114から入力された角加速度データにより、トルク単位の機械の慣性モーメントの補正値が算出される。In the machine inertia moment coefficient torque conversion unit 144, the machine inertia moment coefficient “X lo ” stored in the machine inertia moment coefficient storage unit 134 is input from the angular acceleration data input unit 114 using Equation (5). With the angular acceleration data obtained, a correction value for the moment of inertia of the machine in units of torque is calculated.
張力制御演算部150はウエブ材料5の張力を制御するための演算を行い、演算値に巻軸材料のメカロス、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを合わせたトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置8へ出力する。
The tension
補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、実施の形態1と同様にアクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。 Whether the correction value is added or subtracted depends on the system configuration such as unwinding, winding, and control method. Further, as in the first embodiment, any actuator control command may be used as long as the torque can be corrected.
[補正時の張力制御システムの動き]
アクチュエータ制御装置8は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ7を制御する。アクチュエータ7は巻軸と直接接続されるかギヤおよびベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料5の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径と角加速度が変化していくため、巻径と角加速度の変化に合わせて張力制御装置100に巻径データ出力装置2から巻径データを入力し、角加速度データ出力装置3から角加速データを入力することで、巻径と角加速度に合わせた補正が可能となる。[Movement of the tension control system during correction]
The
巻軸材料のメカロス以外に、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを推定、補正することができる。これにより、推定、補正する要素が増えるので、より一層張力変動を抑制することができる。 In addition to the mechanical loss of the roll material, the moment of inertia of the roll material and the moment of inertia of the machine can be estimated and corrected. As a result, the number of elements to be estimated and corrected increases, so tension fluctuations can be further suppressed.
また、実施の形態1と同様に、各種係数の推定時の1つ目の条件がアクチュエータ7のトルクが一定であることであり、補正時にもアクチュエータ7のトルクを補正することができればよいため、回転速度を制御できないアクチュエータ7であっても張力制御を行うことができる。このように、実施の形態2に適応できるアクチュエータは回転速度制御専用のアクチュエータ7だけでなく、トルク制御専用のアクチュエータ7にも適応することができるため様々な張力制御システムに適応することが可能となる。また、回転速度制御とトルク制御を切り替えることができるアクチュエータ7であれば、推定時と補正時でアクチュエータ7の制御方式を切り替えることで、さらに幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
Further, as in the first embodiment, the first condition for estimating the various coefficients is that the torque of the
実施の形態3.
<システムの構成>
実施の形態3では、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。図5は、実施の形態3にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。実施の形態3の張力制御システムは実施の形態1に追加して、張力制御装置100にトルクに相当するデータを出力するトルクデータ出力装置(トルク出力部)4を備える。
<System configuration>
In the third embodiment, a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described. FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to a third embodiment. The tension control system according to
<張力制御装置100の構成>
図6は、実施の形態3にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図6に示すように、張力制御装置100は実施の形態1に追加して、張力制御装置100の外部からトルクデータを入力するトルクデータ入力部113、補正値である機械のメカロス係数を推測する機械のメカロス係数推定部(第2のメカロス係数推定部)122、推定した補正値である機械のメカロス係数を記憶する機械のメカロス係数記憶部132、機械のメカロス係数をトルク単位に変換する機械のメカロス係数トルク換算部142を備える。<Configuration of
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a tension control device according to a third embodiment. As shown in FIG. 6, the
<巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定>
[巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定時のシステムの動き]
巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数推定を推定する際には下記の1つの条件を満たす、張力データと巻径データとトルクデータを張力制御装置100に入力する。推定のためには条件を満たす2点以上の張力データ、巻径データ、およびトルクデータが必要となる。<Estimation of Mechanical Loss Coefficient of Winding Shaft Material and Machine Mechanical Loss Coefficient>
[Behavior of the system when estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material and the mechanical loss coefficient of the machine]
When estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material and the mechanical loss coefficient of the machine, the tension data, the winding diameter data, and the torque data that satisfy one of the following conditions are input to the
張力データ、巻径データの出力方法は実施の形態1と同様である。トルクデータはトルクデータ出力装置4から出力される。トルクデータ出力装置4がトルクデータを求め、張力制御装置100に入力する方法は複数あるため、トルクに相当するデータが張力制御装置100に入力できればどの方法でも問題ない。例えば、トルクセンサ等を用いて直接トルクを測定する方法以外に、トルクとは異なるデータ(アクチュエータ7の電流、駆動軸の歪量など)または信号(巻軸回転のパルス信号など)によりトルクを演算する方法、シミュレータまたはAI等によってトルクに相当する値を推定する方法などがある。
The method of outputting the tension data and winding diameter data is the same as in the first embodiment. Torque data is output from the torque data output device 4 . Since there are a plurality of methods for the torque data output device 4 to obtain the torque data and input it to the
トルクデータを入力する方法の例として、トルクデータを電圧値に変換し入力するなどのトルクデータ出力装置4から直接張力制御装置100に入力する方法以外に、トルクデータ出力装置4の出力から人が読み取ったトルクデータ値を直接張力制御装置100に手入力する方法、トルクデータ出力装置4を介さず張力制御装置100に直接トルクセンサ等から入力する方法などがある。
As an example of the method of inputting the torque data, in addition to the method of converting the torque data into a voltage value and inputting it directly from the torque data output device 4 to the
1つの条件は、巻軸の角加速度が0となることである。また、実施の形態1と同様に、ライン速度を一定速度にし、ライン加速度を0にしてもよい。 One condition is that the angular acceleration of the winding shaft is zero. Also, as in the first embodiment, the line speed may be set to a constant speed and the line acceleration may be set to zero.
[巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定方法]
式(6)より、1点目の張力を「F1」、1点目の巻径を「D1」、1点目のトルクを「Tb1」、2点目の張力を「F2」、2点目の巻径を「D2」、2点目のトルクを「Tb2」とし、データ取得時の条件から巻軸の角加速度「α」を0とすると、2つの2元1次方程式(式(11)、式(12))となる。[Method for estimating the mechanical loss coefficient of the winding shaft material and the mechanical loss coefficient of the machine]
From equation (6), the tension at the first point is “F 1 ”, the winding diameter at the first point is “D 1 ”, the torque at the first point is “T b1 ”, and the tension at the second point is “F 2 ”. , the winding diameter at the second point is “D 2 ”, the torque at the second point is “T b2 ”, and the angular acceleration “α” of the winding shaft is 0 from the conditions at the time of data acquisition. Equations (formula (11) and formula (12)) are obtained.
2つの2元1次方程式から2つの変数(巻軸材料のメカロス係数Xmr、機械のメカロス係数Xmo)を求める。求め方は複数あるため、方法は問わない。しかし、取得したデータによっては変数の解が求まらない場合が存在する。その場合3点目の張力と巻径とトルクデータを取得し、3つ目の2元1次方程式を出すことで、2つの変数(巻軸材料のメカロス係数Xmr、機械のメカロス係数Xmo)の解を求める。それでも、求まらなければ、2つの変数(巻軸材料のメカロス係数Xmr、機械のメカロス係数Xmo)の解が求まるまで、張力と巻径とトルクデータを追加取得し、方程式を作ることを繰り返し、解を求める。Two variables (mechanical loss coefficient X mr of the winding shaft material and mechanical loss coefficient X mo of the machine) are obtained from the two linear equations with two dimensions. Since there are multiple ways to find it, the method does not matter. However, depending on the acquired data, there is a case where the solution of variables cannot be obtained. In that case, the third tension, winding diameter, and torque data are obtained, and two variables (mechanical loss coefficient X mr of the winding shaft material, mechanical loss coefficient X mo ). If it is still not found, obtain additional tension, winding diameter, and torque data until the solution for the two variables (mechanical loss coefficient X mr of the winding shaft material, mechanical loss coefficient X mo of the machine) is found, and create an equation. to find the solution.
[巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数推定時の張力制御装置100の動き]
図6に示す張力制御装置100に、条件を満たす2点の張力データを張力データ入力部111から入力し、条件を満たす2点の巻径データを巻径データ入力部112から入力し、条件を満たす2点のトルクデータをトルクデータ入力部113から入力し、巻軸材料のメカロス係数推定部121と機械のメカロス係数推定部122にて上記の計算を行うことで、2つの変数(巻軸材料のメカロス係数Xmr、機械のメカロス係数Xmo)が推定される。推定された巻軸材料のメカロス係数「Xmr」を巻軸材料のメカロス係数記憶部131にて、機械のメカロス係数「Xmo」を機械のメカロス係数記憶部132にて記憶する。[Movement of the
In the
<補正>
[補正時の張力制御装置100の動き]
実際に張力制御する時には、巻軸材料のメカロス係数トルク換算部141にて、式(2)を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と巻径データ入力部112から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。<Correction>
[Movement of
When the tension is actually controlled, the mechanical loss coefficient "X mr ” and the winding diameter data input from the winding diameter data input unit 112, the correction value of the mechanical loss of the winding shaft material in units of torque is calculated.
機械のメカロス係数トルク換算部142にて、式(3)を用いて機械のメカロス係数記憶部132に記憶されている機械のメカロス係数「Xmo」により、トルク単位の機械のメカロスの補正値が算出される。張力制御演算部150はウエブ材料5の張力を制御するための演算を行い、演算値に巻軸材料のメカロス、機械のメカロスを合わせたトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置8へ出力する。In the mechanical mechanical loss coefficient torque conversion unit 142, the correction value of the mechanical mechanical loss in units of torque is calculated using the mechanical mechanical loss coefficient " Xmo " stored in the mechanical mechanical loss
補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、実施の形態1と同様にアクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。 Whether the correction value is added or subtracted depends on the system configuration such as unwinding, winding, and control method. Further, as in the first embodiment, any actuator control command may be used as long as the torque can be corrected.
[補正時の張力制御システムの動き]
アクチュエータ制御装置8は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ7を制御する。アクチュエータ7は巻軸と直接接続されるか、またはギヤおよびベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料5の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径が変化していくため、巻径の変化に合わせて張力制御装置100に巻径データ出力装置2から巻径データを入力することで、巻径に合わせた補正が可能となる。[Movement of the tension control system during correction]
The
巻軸材料のメカロス以外に、機械のメカロスを推定、補正することができる。これにより、推定、補正する要素が増えるので、より一層張力変動を抑制することができる。また、実施の形態1のように補正値の推定時にアクチュエータ7のトルクを一定に制御する条件がなくなるため、トルクを一定にすることができないアクチュエータ7にも適応することができる。
In addition to the mechanical loss of the winding shaft material, the mechanical loss of the machine can be estimated and corrected. As a result, the number of elements to be estimated and corrected increases, so tension fluctuations can be further suppressed. Moreover, unlike the first embodiment, there is no condition for controlling the torque of the
実施の形態3では、補正値の推定のための条件は実際の張力制御中に満たすことができる。張力制御中の運転パターンを条件に満たせるようにすれば、補正値を推定するための調整作業は不要にすることが可能であり、調整のための工数を削減することが可能となる。また、巻軸材料のメカロスおよび機械のメカロスは、機械の周囲環境、メンテナンス状況、および経年劣化などによって補正値が変化していく。その変化する補正値を適宜調整することなく、補正することができる。
In
また、実施の形態3では、実施の形態1のようにアクチュエータ7のトルクが一定であるとの条件が不要となるため、アクチュエータ7の制御方式の制約が小さくなり、より一層幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
Further, in the third embodiment, unlike the first embodiment, the condition that the torque of the
実施の形態4.
<システムの構成>
実施の形態4では、実施の形態3とは異なる構成について主に説明する。図7は、実施の形態4にかかる張力制御システムの構成例を示す図である。実施の形態4の張力制御システムは実施の形態3に追加して、角加速度に相当するデータを張力制御装置100に出力する角加速度データ出力装置3を備える。Embodiment 4.
<System configuration>
In the fourth embodiment, a configuration different from that of the third embodiment will be mainly described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a tension control system according to a fourth embodiment. The tension control system according to the fourth embodiment includes an angular acceleration
<張力制御装置100の構成>
図8は、実施の形態4にかかる張力制御装置の構成例を示す図である。図8に示すように、張力制御装置100は実施の形態3に追加して、張力制御装置100の外部から角加速度データを入力する角加速度データ入力部114、補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を推測する巻軸材料の慣性モーメント係数推定部123、補正値である機械の慣性モーメント係数を推測する機械の慣性モーメント係数推定部124、推定した補正値である巻軸材料の慣性モーメント係数を記憶する巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133、推定した補正値である機械の慣性モーメント係数を記憶する機械の慣性モーメント係数記憶部134、巻軸材料の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部143、機械の慣性モーメント係数をトルク単位に変換する巻機械の慣性モーメント係数トルク換算部144、を備える。<Configuration of
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a tension control device according to a fourth embodiment. As shown in FIG. 8, the
<巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定>
巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数の推定については実施の形態3と同様である。<Estimation of Mechanical Loss Coefficient of Winding Shaft Material and Machine Mechanical Loss Coefficient>
The estimation of the mechanical loss coefficient of the winding shaft material and the mechanical loss coefficient of the machine is the same as in the third embodiment.
<巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数の推定>
[巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数の推定時のシステムの動き]
巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数を推定する際には下記の1つの条件を満たす、張力データと巻径データとトルクデータと角加速度データを張力制御装置100に入力する。巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数を推定するためには条件を満たす張力データと巻径データ、トルクデータ、角加速度データが2点以上と巻軸材料のメカロス係数、機械のメカロス係数が必要となる。<Estimation of Moment of Inertia Coefficient of Winding Shaft Material and Moment of Inertia of Machine>
[Moment of inertia coefficient of the winding shaft material and movement of the system when estimating the moment of inertia coefficient of the machine]
When estimating the moment of inertia coefficient of the winding shaft material and the moment of inertia coefficient of the machine, the tension data, winding diameter data, torque data, and angular acceleration data that satisfy one of the following conditions are input to the
張力データ、巻径データの出力方法は実施の形態1と同様である。トルクデータの出力方法は実施の形態3と同様である。角加速度データの出力方法は実施の形態2と同様である。 The method of outputting the tension data and winding diameter data is the same as in the first embodiment. The torque data output method is the same as in the third embodiment. The angular acceleration data output method is the same as in the second embodiment.
1つの条件は巻軸の角加速度が0以外の一定となり、点数分の張力データと巻径のデータとトルクデータと角加速度データを取得する際の角加速度の値が異なることである。また、実施の形態2と同様に、角加速度の代わりにライン速度やライン加速度を用いてもよい。 One condition is that the angular acceleration of the winding shaft is constant other than 0, and that the angular acceleration values differ when acquiring the tension data, the winding diameter data, the torque data, and the angular acceleration data for the points. Also, as in the second embodiment, line velocity or line acceleration may be used instead of angular acceleration.
[巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数の推定方法]
式(6)より、1点目の張力を「F1」、1点目の巻径を「D1」、1点目のトルクを「Tb1」、1点目の角加速度を「α1」、2点目の張力を「F2」、2点目の巻径を「D2」、2点目のトルクを「Tb2」、2点目の角加速度を「α2」とすると、2つの2元1次方程式(式(13)、式(14))となる。[Method for estimating the moment of inertia coefficient of the winding shaft material and the moment of inertia coefficient of the machine]
From the equation (6), the tension at the first point is "F 1 ", the winding diameter at the first point is "D 1 ", the torque at the first point is "T b1 ", and the angular acceleration at the first point is "α 1 ”, the tension at the second point is “F 2 ”, the winding diameter at the second point is “D 2 ”, the torque at the second point is “T b2 ”, and the angular acceleration at the second point is “α 2 ”, Two binary linear equations (formula (13) and formula (14)) are obtained.
2つの2元1次方程式から2つの変数(巻軸材料の慣性モーメント係数Xlr、機械の慣性モーメント係数Xlo)を求める。求め方は複数あるため、方法は問わない。しかし、取得したデータによっては変数の解が求まらない場合が存在する。その場合3点目の張力データと巻径データとトルクデータと加減速データを取得し、3つ目の2元1次方程式を出すことで、2つの変数(巻軸材料の慣性モーメント係数Xlr、機械の慣性モーメント係数Xlo)の解を求める。それでも、求まらなければ、2つの変数(巻軸材料の慣性モーメント係数Xlr、機械の慣性モーメント係数Xlo)の解が求まるまで、張力データと巻径データとトルクデータと角加減度データを追加取得し、方程式を作ることを繰り返し、解を求める。Two variables (inertia moment coefficient X lr of the winding shaft material, inertia moment coefficient X lo of the machine) are obtained from the two linear equations with two dimensions. Since there are multiple ways to find it, the method does not matter. However, depending on the acquired data, there is a case where the solution of variables cannot be obtained. In that case, the tension data, winding diameter data, torque data, and acceleration/deceleration data of the third point are acquired, and by issuing the third binary linear equation, two variables (the moment of inertia coefficient X lr of the winding shaft material , the machine moment of inertia coefficient X lo ). If it is still not found, the tension data, winding diameter data, torque data, and angular addition/decrement data are kept until the solutions for the two variables (the moment of inertia coefficient X lr of the reel material and the moment of inertia coefficient X lo of the machine) are found. , and iteratively construct the equations to find the solution.
[巻軸材料の慣性モーメント係数、機械の慣性モーメント係数推定時の張力制御装置100の動き]
図8に示す張力制御装置100に、条件を満たす2点以上の張力データを張力データ入力部111から入力し、条件を満たす2点以上の巻径データを巻径データ入力部112から入力し、条件を満たす2点以上のトルクデータをトルクデータ入力部113から入力し、条件を満たす2点以上の角加速度データを角加速度データ入力部114から入力し、巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と、機械のメカロス係数記憶部132に記憶されている機械のメカロス係数「Xmo」を用いて、巻軸材料の慣性モーメント係数推定部123と機械の慣性モーメント係数推定部124にて上記の計算を行うことで、2つの変数(巻軸材料の慣性モーメント係数Xlr、機械の慣性モーメント係数Xlo)が推定される。推定された巻軸材料の慣性モーメント係数Xlrを巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133にて、機械の慣性モーメント係数Xloを機械の慣性モーメント係数記憶部134にて記憶する。[Motion of the
In the
<補正>
[補正時の張力制御装置100の動き]
実際に張力制御する時には巻軸材料のメカロス係数トルク換算部141にて、式(2)を用いて巻軸材料のメカロス係数記憶部131に記憶されている巻軸材料のメカロス係数「Xmr」と巻径データ入力部112から入力された巻径データにより、トルク単位の巻軸材料のメカロスの補正値が算出される。<Correction>
[Movement of
When the tension is actually controlled, the mechanical loss coefficient “X mr ” of the winding shaft material stored in the winding shaft material mechanical loss
機械のメカロス係数トルク換算部142にて、式(3)を用いて機械のメカロス係数記憶部132に記憶されている機械のメカロス係数「Xmo」により、トルク単位の機械のメカロスの補正値が算出される。In the mechanical mechanical loss coefficient torque conversion unit 142, the correction value of the mechanical mechanical loss in units of torque is calculated using the mechanical mechanical loss coefficient " Xmo " stored in the mechanical mechanical loss
巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部143にて、式(4)を用いて巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133に記憶されている巻軸材料の慣性モーメント係数「Xlr」と巻径データ入力部112から入力された巻径データおよび、角加速度データ入力部114から入力された角加速度データにより、トルク単位の巻軸材料の慣性モーメントの補正値が算出される。In the moment-of-inertia-coefficient-of-inertia-
機械の慣性モーメント係数トルク換算部144にて、式(5)を用いて機械の慣性モーメント係数記憶部134に記憶されている機械の慣性モーメント係数「Xlo」と角加速度データ入力部114から入力された角加速度データにより、トルク単位の機械の慣性モーメントの補正値が算出される。In the machine inertia moment coefficient torque conversion unit 144, the machine inertia moment coefficient “X lo ” stored in the machine inertia moment coefficient storage unit 134 is input from the angular acceleration data input unit 114 using Equation (5). With the angular acceleration data obtained, a correction value for the moment of inertia of the machine in units of torque is calculated.
張力制御演算部150はウエブ材料5の張力を制御するための演算を行い、演算値に巻軸材料のメカロス、機械のメカロス、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを合わせたトルク補正値分を加減算することで補正されたアクチュエータ制御指令をアクチュエータ制御装置8へ出力する。
The tension
補正値を加算するか、減算するかは巻出、巻取、制御方法といったシステム構成によって異なる。また、実施の形態1と同様にアクチュエータ制御指令はトルクを補正することが可能であれば、どのような指令でもよい。 Whether the correction value is added or subtracted depends on the system configuration such as unwinding, winding, and control method. Further, as in the first embodiment, any actuator control command may be used as long as the torque can be corrected.
[補正時の張力制御システムの動き]
アクチュエータ制御装置8は受け取ったアクチュエータ制御指令を元に、アクチュエータ7を制御する。アクチュエータ7は巻軸と直接もしくはギヤやベルトなどで間接的に接続され、巻軸を駆動することで、ウエブ材料5の張力を補正しながら制御することができる。実際の巻出・巻取機では巻径と角加速度が変化していくため、巻径と角加速度の変化に合わせて張力制御装置100に巻径データ出力装置2から巻径データを、角加速データ出力装置から角加速データを入力することで、巻径と角加速度に合わせた補正が可能となる。[Movement of the tension control system during correction]
The
実施の形態4にかかる張力制御システムによれば、巻軸材料のメカロスと機械のメカロス以外に、巻軸材料の慣性モーメント、機械の慣性モーメントを推定、補正することができる。これにより、実施の形態3に対して、推定、補正する要素が増える分より一層張力変動を抑制することができる。 According to the tension control system according to the fourth embodiment, in addition to the mechanical loss of the winding material and the mechanical loss of the machine, the moment of inertia of the winding material and the moment of inertia of the machine can be estimated and corrected. As compared with the third embodiment, therefore, the tension variation can be suppressed even more than the elements to be estimated and corrected.
また、実施の形態4では、実施の形態3と同様に、実施の形態1のようにアクチュエータ7のトルクが一定であるとの条件が不要となるため、アクチュエータ7の制御方式の制約が小さくなり、より一層幅広い張力制御システムに適応することが可能となる。
Further, in the fourth embodiment, as in the third embodiment, the condition that the torque of the
図9は、実施の形態1から4にかかる張力制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。張力制御装置100は、各種処理を実行するプロセッサ101と、情報を記憶するメモリ102と、を備える。プロセッサ101およびメモリ102は、バス103によって互いに情報の送受信が可能である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the tension control devices according to the first to fourth embodiments. The
巻軸材料のメカロス係数記憶部131、機械のメカロス係数記憶部132、巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部133、および機械の慣性モーメント係数記憶部134はメモリ102によって実現される。
The
プロセッサ101は、メモリ102に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、巻軸材料のメカロス係数推定部121、機械のメカロス係数推定部122、巻軸材料の慣性モーメント係数推定部123、機械の慣性モーメント係数推定部124、巻軸材料のメカロス係数トルク換算部141、機械のメカロス係数トルク換算部142、巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部143、機械の慣性モーメント係数トルク換算部144、および張力制御演算部150として機能する。
The
プロセッサ101は、例えば、処理回路の一例であり、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、およびシステムLSI(Large Scale Integration)のうち一つ以上を含む。
The
メモリ102は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、およびEEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)のうち一つ以上を含む。また、メモリ102は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびDVD(Digital Versatile Disc)のうち一つ以上を含む。なお、処理部12,43は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)およびFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路を含んでいてもよい。
The
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are only examples, and can be combined with other known techniques, or can be combined with other embodiments, without departing from the scope of the invention. It is also possible to omit or change part of the configuration.
1 張力データ出力装置、2 巻径データ出力装置、3 角加速度データ出力装置、4 トルクデータ出力装置、5 ウエブ材料、6 ローラーシャフト、7 アクチュエータ、8 アクチュエータ制御装置、100 張力制御装置、101 プロセッサ、102 メモリ、103 バス、111 張力データ入力部、112 巻径データ入力部、113 トルクデータ入力部、114 角加速度データ入力部、121 巻軸材料のメカロス係数推定部、122 機械のメカロス係数推定部、123 巻軸材料の慣性モーメント係数推定部、124 機械の慣性モーメント係数推定部、131 巻軸材料のメカロス係数記憶部、132 機械のメカロス係数記憶部、133 巻軸材料の慣性モーメント係数記憶部、134 機械の慣性モーメント係数記憶部、141 巻軸材料のメカロス係数トルク換算部、142 機械のメカロス係数トルク換算部、143 巻軸材料の慣性モーメント係数トルク換算部、144 機械の慣性モーメント係数トルク換算部、150 張力制御演算部。
1 tension
Claims (8)
前記巻径によって変化するメカロス係数を用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成する演算部と、を備えることを特徴とする張力制御装置。When the core, which is a rotating body, rotates, the tension of the object wound around the core and wound or unwound by the rotation of the core, and the winding diameter of the object wound around the core a first mechanical loss coefficient estimating unit for estimating a mechanical loss coefficient that varies depending on the winding diameter, based on
and a calculation unit that generates a control command for rotating the winding core by performing correction using a mechanical loss coefficient that varies depending on the winding diameter.
前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記角加速度に基づいて、巻径によって変化しない慣性モーメント係数を推定する第2の慣性モーメント係数推定部と、をさらに備え、
前記演算部は、前記巻径によって変化するメカロス係数と、前記巻径によって変化する慣性モーメント係数と、前記巻径によって変化しない慣性モーメント係数と、を用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成することを特徴とする請求項1に記載の張力制御装置。a first moment-of-inertia-coefficient estimator for estimating a moment-of-inertia coefficient that changes with the winding diameter based on the tension, the winding diameter, and the angular acceleration of the winding core when the winding core rotates;
a second moment-of-inertia coefficient estimating unit that estimates a moment-of-inertia coefficient that does not change with the winding diameter based on the tension and the angular acceleration when the winding core rotates,
The calculation unit rotates the winding core by performing correction using a mechanical loss coefficient that varies with the winding diameter, an inertia moment coefficient that varies with the winding diameter, and an inertia moment coefficient that does not vary with the winding diameter. 2. The tension control device of claim 1, wherein the tension control device generates control commands.
前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクとに基づいて巻径によって変化しないメカロス係数を推定する第2のメカロス係数推定部をさらに備え、
前記演算部は、前記巻径によって変化するメカロス係数と、前記巻径によって変化しないメカロス係数とを用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成することを特徴とする請求項1に記載の張力制御装置。The first mechanical loss coefficient estimating unit estimates a mechanical loss coefficient that changes depending on the winding diameter based on the tension, the winding diameter, and the torque of the winding core when the winding core rotates,
a second mechanical loss coefficient estimating unit that estimates a mechanical loss coefficient that does not change with the winding diameter based on the tension, the winding diameter, and the torque when the winding core rotates,
2. The calculation unit generates a control command for rotating the winding core by performing correction using a mechanical loss coefficient that varies with the winding diameter and a mechanical loss coefficient that does not vary with the winding diameter. The tension control device according to .
前記第2のメカロス係数推定部は、前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記角加速度とに基づいて前記巻径によって変化しないメカロス係数を推定し、
前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記角加速度とに基づいて、巻径によって変化する慣性モーメント係数を推定する第1の慣性モーメント係数推定部と、
前記巻芯が回転するときの、前記張力と前記巻径と前記トルクと前記角加速度とに基づいて、巻径によって変化しない慣性モーメント係数を推定する第2の慣性モーメント係数推定部と、をさらに備え、
前記演算部は、前記巻径によって変化するメカロス係数と、前記巻径によって変化しないメカロス係数と、前記巻径によって変化する慣性モーメント係数と、前記巻径によって変化しない慣性モーメント係数とを用いた補正を行って前記巻芯を回転させる制御指令を生成することを特徴とする請求項3に記載の張力制御装置。The first mechanical loss coefficient estimator estimates a mechanical loss coefficient that changes with the winding diameter based on the tension, the winding diameter, the torque, and the angular acceleration of the winding core when the winding core rotates. ,
The second mechanical loss coefficient estimating unit estimates a mechanical loss coefficient that does not change with the winding diameter based on the tension, the winding diameter, the torque, and the angular acceleration when the winding core rotates,
a first moment-of-inertia-coefficient estimator that estimates a moment-of-inertia coefficient that changes with the winding diameter based on the tension, the winding diameter, the torque, and the angular acceleration when the winding core rotates;
a second moment-of-inertia-coefficient estimator that estimates a moment-of-inertia coefficient that does not change with the winding diameter, based on the tension, the winding diameter, the torque, and the angular acceleration when the winding core rotates. prepared,
The calculation unit corrects using a mechanical loss coefficient that varies with the winding diameter, a mechanical loss coefficient that does not vary with the winding diameter, a moment of inertia coefficient that varies with the winding diameter, and a moment of inertia coefficient that does not vary with the winding diameter. 4. The tension control device according to claim 3, wherein the control command for rotating the winding core is generated by performing
前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。A tension control device according to claim 1;
a tension output unit that outputs information indicating the tension to the tension control device;
and a winding diameter output section that outputs information indicating the winding diameter to the tension control device.
前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記角加速度を示す情報を出力する角加速度出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。a tension control device according to claim 2;
a tension output unit that outputs information indicating the tension to the tension control device;
A winding diameter output unit that outputs information indicating the winding diameter to the tension control device;
and an angular acceleration output unit that outputs information indicating the angular acceleration to the tension control device.
前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記トルクを示す情報を出力するトルク出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。a tension control device according to claim 3;
a tension output unit that outputs information indicating the tension to the tension control device;
A winding diameter output unit that outputs information indicating the winding diameter to the tension control device;
and a torque output unit that outputs information indicating the torque to the tension control device.
前記張力制御装置に向けて前記張力を示す情報を出力する張力出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記巻径を示す情報を出力する巻径出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記角加速度を示す情報を出力する角加速度出力部と、
前記張力制御装置に向けて前記トルクを示す情報を出力するトルク出力部と、を備えることを特徴とする張力制御システム。a tension control device according to claim 4;
a tension output unit that outputs information indicating the tension to the tension control device;
A winding diameter output unit that outputs information indicating the winding diameter to the tension control device;
an angular acceleration output unit that outputs information indicating the angular acceleration to the tension control device;
and a torque output unit that outputs information indicating the torque to the tension control device.
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