JPH01321263A

JPH01321263A - 張力制御方法

Info

Publication number: JPH01321263A
Application number: JP15230388A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tamaoki; 研二玉置; Mitsuo Sato; 光男佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1989-12-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はテープや線材等の張力制御方法に係り、特にダ
ンサローラの付勢手段をモータと制御プログラムから成
る仮想的なばねによって実現し、広範囲な張力目標値に
わたり精度よく敏速に張力を制御するに好適な張力制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の張力制御装置は例えば特開昭５９−１０２７６５
号に記載のように、線材の張力によって揺動するダンサ
ローラを設け、ばねや重り等の付勢手段によってダンサ
ローラを線材の張力に坑する方向に付勢し、線材を繰り
出す可変速モータの回転速度をダンサローラの位置によ
って制御する方法を用いていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｊ−記従来技術は、ダンサローラの位置を線材の張力値
とみなして線材繰出モータの速度を制御しているため、
線材の張力とダンサローラに付勢されている力が平衡し
ていない状態ではダンサローラの慣性や摩擦等により正
確な張力値をうろことができず、線材の揺動が激しい時
には張力の制御性能が劣化するという問題があるととも
に、ダンサローラを付勢するばねや重り等が発生する力
およびダンサローラの機構の動作範囲が限定されている
ことから、張力の制御範囲が限定されてしまうため、広
い範囲にわたって張力の目標指令値を設定することがで
きないという問題があった。

本発明の目的は、線材の張力とダンサローラに付勢され
ている力が平衡していない状態でも正確な張力値をうる
とともに、限定されたダンサローラの機構の可動範囲内
で張力の制御範囲を拡大する張力制御方法を提供するに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、テープや線材等を繰り出す可変速モータと
張力を検出するダンサローラとから成る張力制御系にお
いて、線材等の張力に坑するダンサローラの付勢手段を
従来のばねや重り等の機構からモータに置き換え、この
モータとその制御プログラムによって仮想的なばねを実
現するようにした張力制御方法により達成される。

〔作用〕

上記張力制御方法のダンサローラの付勢手段として設け
られたモータはダンサローラを外部から指示される基準
位置に留めておくように動作し、ダンサローラの位置が
基準位置から変位すると該変位に応じた力で線材を引張
る仮想的なばねとしての役割をその制御プログラムの働
きによって果たすが、そのモータの速度値と電流値から
ダンサローラの慣性や摩擦を考慮に入れてモータに加わ
る負荷トルクを計算することができるため、線材の張力
とダンサローラの付勢が平衡していない状態でも精度よ
く張力値をえて線材繰出用モータの回転速度を敏速に制
御することができるとともに、仮想的なばねの発生する
引張力や減衰特性が付勢用モータの制御プログラムのパ
ラメータによって決まるため、目標張力に応じてパラメ
ータを変えることにより、限定されたダンサローラの機
構の可動範囲内で張力の制御可能範囲を拡大することが
できる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図から第５図により説明
する。

第１図は本発明による仮想的なばね機構を用いた張力制
御方法の一実施例を示す原理図である。

第１図において、１は可動ローラ、２はアーム。

４は仮想ばねモータ、５は電流信号、６は速度信号、７
は位置信号、８は張力計算部、９は繰出用モータサーボ
演算部、１０は仮想ばね計算部、１゜１は仮想ばねモー
タサーボ演算部、１２は電機子電圧、１３は変位、１４
は基準位置、１５は電流センサ、１６は速度センサ、１
７は位置センサ。

１８は固定ローラ、１９は線材、２０は繰出用モータ電
機子電圧、２２は繰出用スプールである。

第１図の線材１９の張力制御機構はスプール２２と繰出
モータから成る線材１９の繰出機構と、固定ローラ１８
と可動ローラ１から成るダンサローラ機構と、可変ロー
ラ１を支持するアーム２と結合する仮想ばねモータ４か
ら成る付勢機構（仮想ばね機構）とから構成される。

上記の構成で、張力計算部８は仮想ばねモータ４の速度
センサ１６の速度信号６と電流センサ１５の電流信号５
から張力の瞬時値を計算することにより、非平衡時にお
いても精度よく検出できる。

回想ばね計算部１０は張力計算部８でえた張力の瞬時値
と仮想ばねモータ４の位置センサ１７の位置信号７から
、線材１９の張力によって可動ローラ１を支持するアー
ム２が仮想ばねモータ４に結合された固定端を中心に回
転した時に基準位置１４からの変位１３に比例した復元
力を仮想ばねモータ４が発生するのに必要な駆動量を予
め設定した仮想ばね機構の仮想的パラメータに基づき演
算して速度指令値の形にして出力する。このパラメータ
は制御プログラム内の値で実現されるため、これを変え
ることにより任意の仮想ばね機構の動きに対して広範囲
に仮想ばねモータ４を追従させることができる。仮想ば
ねモータサーボ演算部１１は速度信号６から仮想ばね計
算部１０でえた速度指令値に仮想ばねモータ４が追従す
るような電機子電圧１２を算出して制御する。また繰出
用モータサーボ演算部９は張力計算部８でえた張力の瞬
時値に基づいてスプール２２の繰出用モータの速度指令
値を計算して、その速度指令値に繰出用モータが追従す
るような電機子電圧２０を算出して制御する。

第２図は本発明による張力制御方法の一実施例を示すハ
ードウェア構成図である。第２図において、各図面を通
じて同一符号は相当部分を示すものとし、３は繰出用モ
ータ、２１は速度信号、２３はカウンタ、２４はＡ／Ｄ
コンバータ、２５はＤ／Ａコンバータ、２６はＣＰＵ、
３５はアンプである。第２図の線材１９の張力制御機構
はスプール２２と繰出用モータ３から成る線材１９の繰
出機構と、固定ローラ１８と可動ローラ１から成るダン
サローラ機構と、可動ローラ１をアーム２を介して動か
して線材１９に張力を付勢する仮想ばねモータ４から成
る付勢機構とから構成される。

上記の構成で、仮想ばねモータ４の電流信号５と速度信
号６と位置信号７はそれぞれ電流センサ１５（第１図）
と速度センサ１６と位置センサ１７によって測定され、
電流信号５と速度信号６はＡ／Ｄコンバータ２４によっ
てディジタル信号に変換されたのちＣＰＵ２６に取り込
まれるとともに、位置信号７はカウンタ２３によって計
数されたのちＣＰＵ２６に取り込まれる。一方の繰出用
モータ３の速度信号２１もＡ／Ｄコンバータ２４によっ
てディジタル信号に変換されたのちＣＰＵ２６に取り込
まれる。これらの信号によりＣＰＵ２６で計算された仮
想ばねモータ４の電機子電圧１２および繰出用モータ３
の電機子電圧２０はＤ／Ａコンバータ２５を介してアナ
ログ信号に変換されたのちアンプ３５で増幅され、それ
ぞれ仮想ばねモータ４および繰出用モータ３を駆動する
。

第３図は第２図のＣＰＵ２６で行なわれる計算のソフト
ウェア処理の流れ図である。ＣＰＵ２６は決められた周
期でこの計算を繰り返して行ない線材１９の張力を制御
する。この−周期の計算は仮想ばねモータ４の電流信号
５と速度信号６を入力とする加速度計算と張力瞬時値計
算から成る張力計算部８と、張力計算部８の張力瞬時値
計算値と仮想ばねモータ４の位置信号７を入力とする仮
想ばね積計算と仮想粘性項計算と仮想はねモータ４の速
度指令値計算からなる仮想ばね計算部１０と、仮想ばね
計算部１０の仮想ばねモータ速度指令値計算値と仮想ば
ねモータ４の速度信号６を入力として仮想ばねモータ４
の電機子電圧１２を出力する仮想ばねモータ４の速度指
令値追従サーボ演算から成る仮想ばねモータサーボ演算
部１１と、張力計算部８の張力瞬時値計算値と繰出用モ
ータ３の速度信号２１を入力として繰出用モータ３の電
機子電圧２０を出力する繰出用モータ３の速度指令値計
算と同速度指令値追従サーボ演算から成る繰出用モータ
サーボ演算部９の４つのブロックから構成される。

第４図は第２図（第１図）の仮想ばねモータ４の電流信
号５による発生トルクと張力と速度信号６の関係のブロ
ック図である。第４図において、２７はトルク定数に７
．２９は張力、３０は加速度、３１は積分要素１／ＪＳ
である。この仮想ばねモータ４の電流信号５にトルク定
数（ＫＴ　）　２７を乗じたものが仮想はねモータ４の
発生トルク２８となり、発生トルク２８から張力２９を
引いたものが仮想はねモータ４の加速度３０となり。

加速度３０を積分要素（１／ＪＳ）３１により積分した
ものが仮想ばねモータ４の速度信号６となる。

この関係によりＣＰＵ２６の張力計算部８は仮想ばねモ
ータ４の速度信号６から加速度３０を計算したのち、電
流信号５から発生トルク２８を計算して両者の差をとる
ことにより張力２９の瞬時値を算出する。本実施例によ
れば力センサなどの特殊なセンサを用いなくてもモータ
に付属するセンサを用いて、可動ローラ１が静止してい
ない非平衡時においても張力の瞬時値をうろことができ
る。

第５図は第２図（第１図）の仮想ばね機構のモデルの構
成図である。第５図において、３２は仮想ばね、３３は
仮想粘性ダンパー、３４は仮想質量である。この仮想ば
ね機構の仮想ばね３２の定数にと、仮想粘性ダンパー３
３の定数りと、仮想質量３４の質量ＭはＣＰＵ２６の制
御プログラム内に任意に設定された値である。仮想ばね
計算部１０は線材１９の張力によって可動ローラ１を支
持するアーム２が仮想ばねモータ４に結合された固定端
を中心に回転した時に、基準位置１４からの変位１３（
第１図）に比例した復元力を仮想ばねモータ４が発生す
るに必要な駆動量を位置信号（θ）７と張力（Ｆ）２９
により予め設定した仮想ばね機構の仮想的なパラメータ
に基づいて演算５、仮想１よゎニー：５１４（７）速度
指令値ぴ”ｆ　（７）形、。

して出力する。

ここで張力計算部８でえられた張力（Ｆ）２９の瞬時値
と位置信号（θ）７と速度指令値ひ７“ｊＤｙ　ｒｔｆ
の周期を一回ずらして離散化することに仮想ばね計算部
１０はＣＰＵ２６に取り込んだ位に置信号θ（お、）からまず仮想ばね項−Ａ　ｔ　０（ｎ
−１）例によれば仮想ばね機構のパラメータが全てＣＰ
Ｕ２６の制御プログラム内の値で実現されるため任意の
ばね機構の動きに仮想ばねモータ４を追従させることが
できる。

仮想ばねモータサーボ演算部１１は仮想ばね計算部１０
で仮想ばね３２の動きとして算出された速度指令値ひｒ
４に仮想ばねモータ４が追従する（ｎ）ように速度信号６のフィードバック制御演算を行い仮想
ばねモータ４の電機子電圧１２を算出する。

また繰出用モータサーボ演算部９は張力計算部８で算出
した張力Ｆの瞬時値に基づいて繰出用モータ３の速度指
令値を計算したのち、その速度指令値に繰出用モータ３
が追従するように速度信号２１のフィードバック制御演
算を行い繰出用モータ３の電機子電圧２０を算出する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、線材などの張力と釣り合うダンサロー
ラの付勢をモータとその制御プログラムから成る仮想的
なばねによって実現しており、モータの物理量から線材
などの張力と付勢が平衡していない状態でも精度よく張
力値をうろことができるので張力を敏速に制御できる効
果があるとともに、仮想的なばねを実現する制御プログ
ラムのパラメータを目標張力に合わせて変えることがで
きるので広範囲にわたって精度よく張力を制御できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による張力制御方法の一実施例を示す原
理図、第２図は同じくハードウェア構成図、第３図は同
じくソフトウェア処理図、第４図は同じくモータの発生
トルクと速度の関係図、第５図は同・じく仮想ばね機構
のモデル図である。１・・・可動ローラ、２・・・アーム、３・・・繰出用
モータ、４・・・仮想ばねモータ、５・・・電流信号、
６・・・速度信号、７・・・位置信号、８・・・張力計
算部、９・・・繰出用モータサーボ演算部、１０・・・
仮想ばね計算部。１１・・・仮想ばねモータサーボ演算部、１２・・・電
機子電圧、１３・・・変位、１４・・・基準位置、１５
・・・電流センサ、１６・・・速度センサ、１７・・・
位置センサ。１８・・・固定ローラ、１９・・・線材、２０・・・電
機子電圧、２１・・・速度信号、２２・・・スプール、
２３・・・カウンタ、２４・・・Ａ／Ｄコンバータ、２
５・・・Ｄ／Ａコンバータ、２６・・・ＣＰＵ、２７・
・・トルク定数。２８・・・発生トルク、２９・・・張力、３０・・・加
速度。３１・・・積分要素、３２・・・仮想ばね、３３・・・
仮想粘性ダンパー、３４・・・仮想質量。 ′ｊ６２囚第４凶

Claims

【特許請求の範囲】１、テープや線材等を操り出す可変速モータと張力を検
出するダンサローラとから成る張力制御系において、ダ
ンサローラの付勢をモータと制御プログラムから成る仮
想的なばねによって行なうことにより、線材等の張力を
検出して制御することを特徴とする張力制御方法。２、上記モータの速度値と電流値等の物理量から張力と
付勢が釣り合っていない状態でも張力の瞬時値を精度よ
く検出することを特徴とする請求項１記載の張力制御方
法。３、上記制御プログラムのパラメータを変えることによ
り仮想的なばねの固さや減衰特性等を変えて広範囲な目
標張力に対して精度よく張力を制御することを特徴とす
る請求項１記載の張力制御方法。