JPH02258109A

JPH02258109A - 張力制御方法

Info

Publication number: JPH02258109A
Application number: JP1150969A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Morichika; 森近　守; Iwao Shibata; 柴田　岩郎
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1990-10-18

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］この発明は、ロール間に張られた材料の張力制御を行う
際に、張力系に発生する張力振動を速やかに抑制するこ
とができる張力制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、メインループに張力調節器を備え、マイナールー
プに電流調節器を有する張力制御装置においては、マイ
ナーループで電動機の電機子電流の制御を行いながら、
メインループで張力検出器の検出張力に基づいて張力調
節器の張力制御を行う張力制御方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、前述の張力制御方法によれば、張力系に
張力振動が発生した場合にはメインループ内の張力調節
器の応答速度が比較的遅いために、張力振動の抑制が遅
れるという問題点がある。

この発明は、ロール間に張られた材料の張力制御におい
て、張力系に張力振動が発生した場合に、その振動抑制
を速やかに行えると共に簡単な回路構成により振動抑制
を実現することができる張力制御方法を提供することを
ＬＩ的とする。

〔課題を解決するための手段）上記課題を解決するためにこの発明によれば、張力調節
器を有するメインループと、電動機の電機子電流を制御
する電流調節器からなるマイナーループとを有する張力
制御装置の張力制御方法において、前記電動機の電動機
速度の変化量を検出し、この変化量を前記マイナールー
プに対して比例要素を介して状態フィードバックを行い
、張力系に発生する張力振動を抑制するものとし、また
、張力調節器を有するメインループと張力制御用の電動
機の電機子電流を制御する電流調節器からなるマイナー
ループとを有する張力制御装置と、速度調節器を有する
メインループと速度制御用の電動機の電機子電流を制御
する電流調節器からなるマイナーループとを有する速度
制御装置とを備えた制御装置の張力制御方法において、
張力を検出し、この張力を比例要素を介して前記張力制
御装置の電流制御系、及び速度制御装置の速度制御系へ
状態フィードバックを行い、張力系に発生する張力振動
を抑制するものとする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、電動機速度又はロール周速の
変化量を電流調節ループへ状態フィードバックすること
により、張力振動を速やかに抑制することができる。ま
た、張力を検出し、張力制御装置の電流制御系及び速度
制御装置の速度制御系へ検出された張力を状態フィード
バックするごとにより、張力振動を速やかに抑制するこ
とができるばかりでなく、張力系の応答速度を任意に設
定することができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明に係る張力制御方法の原理を説明するための制御
系の構成を示すブロック線図である。この図において、
１０は張力系を示し積分器で表されるブロックである。

その伝達関数１　／　ｓ　Ｔ　ｔにおけるＳはラプラス
変換の演算子を示し、Ｔｔは張力系の慣性モーメン！・
に対応した積分器１０の積分時間である。１２は電動機
を示し同様に積分器で表されるブロックであり、Ｔ、、
は電動機の慣性モーメントに対応した積分器１２の積分
時間で、１４は変換ゲインがＫとして表される張力／ト
ルク変換ゲイン要素を示すブロックであり、これらブロ
ック１０．１２．１４により張力振動系を構成している
。１６は電動機の電流制御系を示すブロックであり、電
動機を示すブロック１２に対して電動機トルクτ９を供
給して電動機速度ｎ、（又はカレンダロール周速）を得
ている。フロ・ツク１８は、フィードバックゲインＦと
して表されるこの発明の張力制御方法に係る張力振動を
抑制するための状態フィードバックゲイン要素である。

なお、図中で、τ、。はトルク指令、ｎｏはｌライヤロ
ール周速、］゛はカレンダロール・ドライヤロール間張
力、τ、はその張力骨トルク（τ。

−ＫＴ）をそれぞれ示す。

このように構成された制御系において、ドライヤロール
周速ｎ。−０、状態フィードパ・ツクゲイン要素１８の
フィードバンクゲインＦ＝Ｏとした場合の電動機トルク
τ、と電動機速度ｎ１及びカレンダロール・ドライヤロ
ール１ｉｆｔ張力ＴＫの関係は次式で表される。

（１）、（２）式とも特性方程式の根は、ｓ−＋ｉ、／
に７０”ＴＴＴ−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−−−（３）となる。

すなわち、ドライヤロールが静止し、かつ状態フィート
ハックを行わない場合に、電流制御系１６を介して電動
機Ｉ・ルクτ。が一定量加えられると、電動機速度ｎ、
及びカレンダロール・ドライヤロール間張力Ｔは持続振
動を発生ずることを示している。

ここで、電動機速度ｎ、及びカレンダロール・ドライヤ
ロール間張力Ｔに生じる持続振動を除去するために、電
動機速度１１゜を電流制御系１６に対して状態フィード
ハックを施せば、その場合のカレンダロール・ドライヤ
じ１−ル間張力′】゛の関係は、それぞれ次式で示され
る。

ｓ　２＋（Ｆ／’［’、）ｓ　十に／（Ｔ−Ｔｔ　）ｓ
２＋（Ｆ／Ｔ、）ｓ＋に／　（Ｔ、　Ｔｔ　）ただし、
（４）、（５）式を導くに当たって、張力系の振動周波
数に比べて電流制御系１６の応答周波数は充分大きいの
で、電流制御系１６の伝達関数は１としている。

前述の（４）、（５）式とも特性方程式の根は次式とな
る。

５−（−Ｆ／Ｔ、士　Ｆ　Ｔ、　　”−４Ｋ　　Ｔ、Ｔ
ｔ　　ｌ−１６）したがって、Ｆ〉０となるように選べ
ば、その極は複素左平面に配置されることになるため、
トルク指令τＭ１１がステップ的に与えられたときには
、電動機速度ｎ、及びカレンダロール・ドライヤロール
間張力Ｔは、減衰振動となることを示している。すなわ
ち、電動機速度ｎ１を電流制御系１６に対して、状態フ
ィードバックケインＦがＦ＞０となるようにして状態フ
ィートバンクを行えば、張力振動を抑制できることにな
る。

第２図は、前述の原理に基づくこの発明に係る張力制御
方法の一実施例を示す制御回路のブロック図である。こ
の図において、２０はドライヤロール、２２はテンショ
ンロール、２４はカレンダロール、２６はリール、２８
はこのロール間に張られた張力制御が行われる材料を示
す。カレンダロール２４は直流電動機からなる電動機４
４により駆動されるように構成される。この電動機４４
には速度検出器４６が結合されるとともに、サイリスク
変換器４０と電流検出器４２が接続され、電流マイナー
ループを有するサイリスクレオナード方式の張力制御装
置３０の電流制御系によって電動機４４の制御が行われ
る。この張力制御装置３０は張力調節器（ＡＴＲ）３２
、電流調節器（ＡＣＲ）３４、パルス発生器３６などか
ら構成される。テンションロール２２は、カレンダロー
ル２４とドライヤロール２０間に配置され、このテンシ
ョンロール２２に張力検出器２９が接続される。張力検
出器２９の出力は張力制御装置３０に入力され、速度検
出器４６の出力は状態フィードバックゲイン要素４８を
介して張力制御装置３０にフィードバックされる。

このように構成される張力制御装置３０は、次のように
動作する。張力検出器２９によって検出されたカレンダ
ロール２４とドライヤロール２０間の張力Ｔは、張力制
御装置　３０に人力され、張力設定値Ｔ“に等しくなる
ように張力調節器３２により調節される。この張力調節
器３２の出力は、電流調節器３４に対する電流指令ｉ、
　として与えられる。電流調節器３４は、この電流指令
ｉ、′に基づいてパルス発生器３６を介してサイリスク
変換器４０を流れる電動機４４の電機子電流を制御する
。

一方、この実施例で示したカレンダロール２４のロール
周速はダイア径が一定であるため、電動機４４の電動機
速度ｎ、と同じになる。したがって、電動機速度ｎ、と
ドライヤロール２０のロル周速設定値ｎ。′との偏差（
ｎい−ｎ。′）を電流調節器３４に状態フィードバンク
ゲイン要素４８を介して状態フィードバックを行えば（
４）（５）式の関係が成立し、状態フィードバックゲイ
ンＦをド〉０となるように選ぶことにより、電動機速度
（カレンダロール周速）ｎｍの振動及びカレンダロール
２４とドライヤロール２０間の張力振動を速やかに抑制
することができる。

第３図はこの発明に係る別の原理を説明するためのブロ
ック線図であり、第１図と同一のブロックについては同
じ参照符号を付すごとにより詳細な説明を省略する。７
２は速度制御装置の速度調節器、電流調節器の応答及び
その電動機の慣性モーメントによる遅れを含めた速度制
御系を示し、τ、。は張力制御用電動機へのトルク指令
信号、τ８はこの電動機のトルク、ｎ、は電動機速度、
ｎＯは速度制御用電動機への速度指令信号、ｎｏは電動
機速度又はロール速度、Ｔは２つのロール間の張力、τ
、はその張力分トルク（τ１−ＫＴ）、７１は張力制御
装置の電流制御系への状態フィードバックゲイン要素で
そのゲインはｆであり、７３は速度制御装置の速度制御
系への状態フィードバックゲイン要素でそのゲインはｆ
　２２であることをそれぞれ示す。

今、第３図において、状態変数をｎ□及びＴとし、入力
に人力変数をτ□及びｎｏとし、出力変数をＴとすれば
、状態方程式及び出力方程式は次のような２人力ｌ出カ
システムとなる。

フィードバックを施せば張力系の特性方程式は次のよう
になる。

状態フィードバックを行わない場合の特性は前述の（１
）〜（３）式に示すものと一致する。

Ｔの持続振動を除去するために次のような状態ｄａｔ　
　（ｓ　Ｉ−（Ａ−ＢＦ）　ｌ　−０ｓ２＋ａ、ｓ＋ａ
、−０ここで、ｆｌｌ　　　ｒｚｚａｌ　″ Ｔ、　　　Ｔｔａｏ　−（Ｋ＋ｒ　＋ｚ＋ＫｆｚＩ＋　ｆ　＋ｚ（ｚ＋
　　ｆ　＋＋　ｆ　２２）　／　（Ｔｍ　Ｔｔ　）とな
る。ここで状態フィードバックを一意的に決定し、更に
状態フィードバックゲイン数を少なくするためにｆ　ｕ
　＝　０、ｆ　ｚ＋　＝　０とすると、張力系を安定に
するためのフィードバンクゲイン行列Ｆは、となり、ａ、＞Ｏｌａ　ｏ　＞　０と設定すれば張力系
の応答を任意に制御でき、かつ持続振動を除去し安定化
できる。更に、もしｆ１□−〇、すなわち、張力制御装
置の電流制御系への状態フィードバックのループが切れ
た場合、張力系の特性方程式は、Ｔｔ　　　　　Ｔ、Ｔ
ｔとなり、（１２）式よりｒ２□を（１４）式に代入する
と、５２−ａ　　　ｓ＋−に＝ＯＴ、Ｔｔとなり、特性方程式の根は、ａ１±　ａ　＋　”　＋４　Ｋ　　Ｔ−ＴｔＳ　＝　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−−−−−−
−−−（１６）となり、ａ、＞Ｑ、ａ、＞Ｑと設定すれ
ば張力系は安定化できる。したがって、張力を張力制御
装置の電流制御系に（１２）式で算出した状態フィード
バックゲインｆ　２２を介して状態フィードバックを行
えば張力系の応答を任意に制御でき、張力振動が抑制で
きる。更に、張力制御装置の電流制御系への状態フィー
ドバックゲインｆ＋ｚ＝ｏとなる場合でも張力振動を抑
制できることになる。また、ｎｏに定常偏差が生じる場
合は速度制御系の前段にｎ。のフィードバンクと積分器
を挿入する構成にすればよい。

第４図はこの構成の原理を示すブロック線間である。こ
の図において、第３図と異なる点は、積分器７４を設は
速度調節器７２の出力信号としてのｎｏを積分器７４の
入力側にフィードバックした構成である。

第５図は第３図の原理に基づいた具体的な制御装置な具
体的な実施例を示すブロック図であり、第２図と同一の
構成体には同じ参照符号を付すことにより詳細な説明を
省略する。この図において、５０は速度制御装置、６０
はこの速度制御装置５０で制御されるサイリスク変換器
、６４は電動機でドライヤロール２０に連結されている
。電動機６４には速度検出器６６が結合されると共に、
サイリスク変換器６０と電流検出器６２が接続され、電
流マイナーループを有する速度制御装置５０の電流制御
系によって電動機６４の制御が行われる。この速度制御
装置５０は速度調節器５２、電流調節器５４、パルス発
生器５６から構成される。速度検出器６６で検出された
電動機６４の速度はｎ。が速度設定値ｎ。′に等しくな
るように速度調節器５２によって調節される。しかし、
後述のように速度調節器５２の人力に張力′ｒを状態フ
ィードバックゲイン要素５８を介して状態フィトハック
しているため速度設定値ｎ　、′″に等しくならなす定
常偏差が生ずることがあるため、速度調節器５２の前段
に電動機の速度ｎ０のフィトバックと積分器５１を挿入
して速度設定値ｎ０に等しくなるように調節される。速
度調節器５２の出力は電流調節器５４の電流指令値１８
゜′として与えられ、パルス発生器５６を介してサイリ
スク変換器６０により速度制御側の電動機６４の電機子
電流が制御される。

一方、この実施例で示すようなカレンダロール２４のロ
ールの周速はカレンダロール　２４のダイア径が一定で
あるため、電動機４４の速度と同じになる。そして、カ
レンダロール２４、ドライヤロール２０間の張力Ｔを（
１２）式で算出した状態フィードバックゲイン要素５８
のゲインｆ２□で状態フィードバックを速度調節器５２
に施し、同じ＜（１２）式で算出したゲインｆｅ２で状
態フィートハックを電流調節器３４に施せば、張力Ｔの
振動を速やかにかつ任意の応答速度に制御し抑制するこ
とができる。更に、もし、状態フィードバンクケインｆ
、ｚ＝０、ずなわち、張力制御装置３０の電流制御系へ
の状態フィートノ＼ツクが切れたときでも（１４）〜（
１６）式に示すように、ａ、＞Ｑ、ａＯ＞Ｏに選んでお
けば張力振動を抑制することができる。また、通常、張
力系の積分定数１゛、は数ｍｓのオーダなので、（１２
）弐より明らかなように、比較的低ゲインで速い応答が
得られる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、この発明によれば
、張力制御において張力系に発生する張力振動を抑制す
るために、電動機速度（又はロール周速）の変化量を検
出して電流制御系へ状態フィードバックすればよいので
、簡単な回路構成で張力振動抑制を達成するという効果
が得られる。

また、張力を張力制御装置の電流制御系及び速度制御装
置の速度制御系へそれぞれ状態フィードバックすること
により、張力振動を速やかに抑制することができるばか
りでなく、張力系の応答速度を任意に設定することがで
き、また、張力制御装置の電流制御系への状態フィード
バックが切れたときでも張力振動を抑制するという効果
が得られる。更に、この場合、比較的状態フィードハラ
クゲインが低ゲインであっても速い応答が得られる。

以上、この発明の好適な実施例について説明したが、こ
の発明は前記実施例に限定されるものではなく、例えば
前記実施例におけるサイリスクレオナード制御装置をイ
ンバータ制御装置、直流電動機を交流電動機としてもよ
く、また、カレンダロールのダイア径が可変の場合には
、電動機速度をダイア径補正をして状態フィードバック
すればよく、その他この発明の精神を逸脱しない範囲内
において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る張力制御方法の原理を説明する
ための制御系の構成を示すブロック線図、第２図は第１
図の原理を具体的に実現する制御回路のブロック図、第
３図はこの発明に係る張力制御方法の別の原理を説明す
るだめの制御系の構成を示すブロック線図、第４図は第
３図に一部追加した制御系の構成を示すブロック線図、
第５図は第４図の原理を具体的に実現する制御回路のブ
ロック図である。１０．１２．５１．７４・・・積分要素、１４・・・張
力／トルク変換ケイン要素、１６・・・電流制御系、１８．３Ｂ、４８．５Ｂ、７１．７３・・・状態フィー
ドバックゲイン要素、２０・・・ドライヤロール、２２
・・・テンションロール、２４・・・カレンダロール、
２６・・・リール、２８・・・張力制御される材料、２
９・・・張力検出器、３０・・・張力制御装置、３２・
・・張力調節器、３４．５４・・・電流調節器、３６５
６・・・パルス発生器、４０．６０・・・サイリスク変換器、４２．６２・・・電流検出器、４４．６４・・・直流電動機、４６．６６・・・速度検出器、５０・・・速度制御装置
、５２・・・速度調節器、７２・・・速度制御系。

Claims

【特許請求の範囲】１）張力調節器を有するメインループと、電動機の電機
子電流を制御する電流調節器からなるマイナーループと
を有する張力制御装置の張力制御方法において、前記電動機の電動機速度の変化量を検出し、この変化量
を前記マイナーループに対して比例要素を介して状態フ
ィードバックを行い、張力系に発生する張力振動を抑制
することを特徴とする張力制御方法。２）張力調節器を有するメインループと張力制御用の電
動機の電機子電流を制御する電流調節器からなるマイナ
ーループとを有する張力制御装置と、速度調節器を有す
るメインループと速度制御用の電動機の電機子電流を制
御する電流調節器からなるマイナーループとを有する速
度制御装置とを備えた制御装置の張力制御方法において
、張力を検出し、この張力を比例要素を介して前記張力制
御装置の電流制御系、及び速度制御装置の速度制御系へ
状態フィードバックを行い、張力系に発生する張力振動
を抑制することを特徴とする張力制御方法。