JPH06305617A - 張力制御方法 - Google Patents

張力制御方法

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JPH06305617A
JPH06305617A JP12048093A JP12048093A JPH06305617A JP H06305617 A JPH06305617 A JP H06305617A JP 12048093 A JP12048093 A JP 12048093A JP 12048093 A JP12048093 A JP 12048093A JP H06305617 A JPH06305617 A JP H06305617A
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JP
Japan
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tension
speed
control
motor
current
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP12048093A
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English (en)
Inventor
Mamoru Morichika
守 森近
Hidetoshi Ueda
秀寿 上田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 張力制御系のゲインを下げることなく材料の
張力振動を速やかに抑制する。張力制御系の応答を任意
に制御する。 【構成】 張力制御を行う張力調節ループに対し電動機
トルクまたは電動機電流を制御する調節ループをマイナ
ーループとして持つ張力制御装置4と、電動機速度を制
御する速度調節ループに対し電動機トルクまたは電流調
節ループをマイナーループとして持つ速度制御装置1と
を備え、各制御装置4,1により電動機14,12を制
御してカレンダ8及びドライヤ9間の材料の張力を制御
する方法に関する。張力制御装置4側の電動機速度また
はロール周速nmと速度制御装置1側の電動機速度また
はロール周速n0との差(nm−n0)を求め、この差
(nm−n0)をゲインf1,f2を介して各制御装置4,
1のトルクまたは電流制御系にフィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紙の製造設備や圧延設
備などの巻取り機のように、ロール間に張られた材料に
対しマイナーループで電動機トルクまたは電動機電流を
制御しながら、メインループで張力制御を行う張力制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の制御方法として、 1)張力制御側のメインループに張力調節器、マイナー
ループに電動機トルクを制御するトルク調節器もしくは
電機子電流を制御する電流調節器を用いて、張力制御を
行う方法。 2)1)の方法に加え、張力制御側の電動機速度または
ロール周速と速度制御側の電動機速度またはロール周速
との差を、比例要素を介し張力制御側のトルクまたは電
流制御系へフィードバックすることにより、張力制御を
行う方法。(特開平2−258109号公報参照) 3)1)の方法に加え、検出した張力を、比例要素を介
し張力調節ループをもつ張力制御側のトルクまたは電流
制御系、及び、速度調節ループをもつ速度制御側の速度
制御系へフィードバックすることにより、張力制御を行
う方法。(特開平2−258109号公報参照) 4)1)の方法に加え、張力制御側及び速度制御側の電
動機速度またはロール周速を、それぞれのトルクまたは
電流制御系にフィードバックすることにより、張力制御
を行う方法。(特開平4−8193号公報参照) 等が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、1)の
方法では、張力振動が発生した場合、一般に張力調節器
の応答速度が遅いため張力振動の抑制が遅れ、また、張
力調節ループをもたない場合は制御不能となる。2)の
方法では、張力振動の抑制を1)の方法よりも速やかに
行うことができるが、張力系の応答を任意に制御できな
い。3)の方法では、張力振動が発生した場合、張力系
の応答を任意に制御し、その振動抑制を速やかに行うこ
とができるが、張力調節ループをもたない場合に制御不
能となり、更に速度制御側の速度実際値に定常偏差が生
じる場合は速度制御系の前段に積分器を挿入してサーボ
系を構成する必要が生じるため、張力振動の抑制をそれ
ほど高速に行えなくなる。4)の方法では、張力調節ル
ープを持たない場合でも、張力振動が発生した場合に張
力系の応答を任意に制御し、その振動を速やかに抑制す
ることができるが、張力制御系のゲインが下がるため、
応答速度を上げるためにはトルクまたは電流制御系の調
節器のゲインを高く設定する必要が生じ、その結果、前
記調節器を飽和させてしまって応答速度を上げることに
限界があった。
【0004】本発明は上記種々の問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、張力振動
が発生した場合、張力調節ループの有無に関わらず、ま
た、上述した4)の方法のように張力系のゲインが下が
ることなく、張力振動を速やかに抑制することができる
張力制御方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、張力制御側及び速度制御側の電動機速度
またはロール周速を検出してその差を算出し、これに比
例要素(比例ゲイン)を介して、張力制御側と速度制御
側のトルクまたは電流制御系へフィードバックすること
を特徴とする。
【0006】
【作用】本発明においては、張力制御側及び速度制御側
の電動機速度またはロール周速を検出してその差を算出
し、これに各々所定の比例ゲインを介して、張力制御側
と速度制御側のトルクまたは電流制御系へフィードバッ
クするため、張力制御系のゲインが下がることなく張力
振動を速やかに抑制することができる。
【0007】
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。まず、図1は本発明の原理を示す機能ブロック図で
ある。図において、51は張力系を示す積分要素であ
り、その伝達関数1/STtにおいてSはラプラス演算
子(以下、同じ)、Ttは張力系の慣性モーメントに対
応する積分時間である。52は張力制御側の電動機を示
す積分要素であり、Tmtはその電動機の慣性モーメント
に対応する積分時間を示す。53は張力/トルク変換ゲ
イン要素(ゲインをKとする)である。これらの積分要
素51,52及び変換ゲイン要素53によって張力系が
構成されている。また、55は張力制御側の電流制御系
を示す。
【0008】次に、54は速度制御側の電動機を示す積
分要素であり、その伝達関数1/STmsにおいて、Tms
は電動機の慣性モーメントに対応する積分時間である。
また、56は速度制御側の電流制御系を示している。更
に、57は張力制御側の電流制御系へのフィードバック
ゲイン要素(ゲインをf1とする)、58は速度制御側
の電流制御系へのフィードバックゲイン要素(ゲインを
2とする)をそれぞれ示す。
【0009】なお、張力制御側の電流制御系において、
τM0tは張力制御側の電動機に対するトルク指令、τMt
は電動機トルク、τtは材料が張られた二つのロール間
の張力分トルク(τt=KT)、nmは電動機速度または
ロール周速、Tは二つのロール間の張力を示す。更に、
速度制御側の電流制御系において、τM0sは速度制御側
の電動機に対するトルク指令、τMsは電動機トルク、n
0は電動機速度またはロール周速をそれぞれ示す。
【0010】いま、図1において、状態変数にnm,T
及びn0をとり、入力にτMt及びτMsをとると共に、フ
ィードバックゲインf1=f2=0(無制御状態)とすれ
ば、状態方程式は数式1に示すような2入力システムと
なる(ただし、張力系の振動周波数に比べて電流制御系
の応答周波数は十分大きいので、電流制御系は1として
いる)。
【0011】
【数1】
【0012】数式1より、無制御状態の特性方程式は数
式2で与えられ、その根は数式3となる。これから、図
1は、無制御状態では張力Tが持続振動になることを示
している。
【0013】
【数2】
【0014】
【数3】
【0015】張力Tの持続振動を除去するために、図1
のようなゲインf1,f2による電流制御系へのフィード
バックを施せば、張力系の特性方程式は以下に示すよう
になる。
【0016】
【数4】
【0017】
【数5】
【0018】
【数6】
【0019】これらの数式において、A(数式1の状態
方程式の係数行列),B(数式1の状態方程式の入力行
列),F(状態フィードバックゲイン行列),I(単位
行列)はそれぞれ数式7ないし数式10に示すとおりで
ある。
【0020】
【数7】
【0021】
【数8】
【0022】
【数9】
【0023】
【数10】
【0024】そして、閉ループ系の特性方程式をS(S
+α0)(S+α1)=0とすると、この特性方程式は、
数式11のようになる。
【0025】
【数11】S3+(α0+α1)S2+α0α1S=0
【0026】数式6、数式11から数式12、数式13
が得られ、これらの数式からフィードバックゲイン
1,f2は数式14、数式15のようになる。但し、数
式16を条件とする。
【0027】
【数12】
【0028】
【数13】
【0029】
【数14】
【0030】
【数15】
【0031】
【数16】
【0032】α0>0,α1>0と設定(すなわち、張力
系の極を複素左半面に設定)すれば、制御後の極は、 S=0,−α0,−α1 となり、張力系の持続振動モードを除去して応答を任意
に制御することができる。更に、もとの積分特性は制御
後も残せるので、低周波域において制御系の感度を下げ
ておくことができる。
【0033】図2は、本発明の実施例を示す機能ブロッ
ク図である。同図において、1はサイリスタレオナード
を構成する速度制御装置、2は速度制御側のサイリスタ
変換器、3は同じく電流検出器、4はサイリスタレオナ
ードを構成する張力制御装置、5は張力制御側のサイリ
スタ変換器、6は同じく電流検出器である。一方、7は
リール、8は後述の張力制御側の直流電動機14により
駆動されるカレンダ、9は後述の速度制御側の直流電動
機12により駆動されるドライヤ、10はテンションロ
ール、11は張力検出器、12は速度制御側の直流電動
機、13は同じく速度検出器、14は張力制御側の直流
電動機、15は同じく速度検出器である。本実施例で
は、カレンダ8とドライヤ9との間の材料の張力を制御
するものとする。
【0034】直流電動機12の電機子回路に給電するサ
イリスタ変換器2を制御するための速度制御装置1にお
いて、20は速度調節器(ASR)、21は電流調節器
(ACR)、22はパルス発生器である。ドライヤ9を
駆動する電動機速度n0は速度検出器13によって検出
され、速度設定値n0 *に等しくなるように速度調節器2
0によって調節される。速度調節器20の出力は電流調
節器21に対する電流指令ia0 *として与えられ、この
電流調節器21は電流指令ia0 *と電流検出値ia0との
偏差を零にするように調節動作する。そして、パルス発
生器22を介してサイリスタ変換器2により、速度制御
側の直流電動機12の電機子電流が制御される。
【0035】また、直流電動機14の電機子回路に給電
するサイリスタ変換器5を制御するための張力制御装置
4において、23は張力調節器(ATR)、24は電流
調節器(ACR)、25はパルス発生器である。カレン
ダ8及びドライヤ9間の材料の張力は張力検出器11に
よって検出され、張力設定値T*に等しくなるように張
力調節器23により調節される。その張力調節器23の
出力は電流調節器24に対する電流指令ia1 *として与
えられ、この電流調節器24は電流指令ia1 *と電流検
出値ia1との偏差を零にするように調節動作する。そし
て、パルス発生器25を介してサイリスタ変換器5によ
り、張力制御側の直流電動機14の電機子電流が制御さ
れる。
【0036】ここで、本実施例で示すようなカレンダ8
のロール周速はカレンダ8の直径が一定であるため、直
流電動機14の速度nmと同じになる。カレンダ8のロ
ール周速nmとドライヤ9のロール周速、すなわち直流
電動機14の速度nmと直流電動機12の速度n0との差
(nm−n0)を加算器により求め、この差(nm−n0
に対し前記数式14、数式15から算出したフィードバ
ックゲインf1及びf2によりそれぞれ張力制御側の電流
調節器24と速度制御側の電流調節器21にフィードバ
ックを施せば、前述のように、カレンダ8及びドライヤ
9間の張力の持続振動を速やかに、かつ、任意の応答に
なるように制御して抑制することが可能となる。
【0037】なお、本実施例では速度制御装置1とサイ
リスタ変換器2、及び、張力制御装置4とサイリスタ変
換器5によりそれぞれサイリスタレオナードを構成する
と共に、これらのサイリスタレオナードによって直流電
動機12,14を駆動するようにしたが、各制御装置を
インバータにより構成して交流電動機を駆動するように
してもよい。
【0038】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、張力
制御側と速度制御側の電動機速度またはロール周速の差
を検出もしくは算出し、その量に比例要素(比例ゲイ
ン)を介して、張力制御側及び速度制御側のトルクまた
は電流制御系にフィードバックすることにより、簡単な
構成によってもとの張力系の低周波域でのゲインを下げ
ることなく、張力の持続的な振動を速やかに抑制するこ
とができると共に、応答を任意に制御することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を示す機能ブロック図である。
【図2】本発明の実施例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
1 速度制御装置 2,5 サイリスタ変換器 3,6 電流検出器 4 張力制御装置 7 リール 8 カレンダ 9 ドライヤ 10 テンションロール 11 張力検出器 12,14 直流電動機 13,15 速度検出器 20 速度調節器 21,24 電流調節器 22,25 パルス発生器 23 張力調節器 30,31 フィードバックゲイン要素 51,52,54 積分要素 53 張力/トルク変換ゲイン要素 55 張力制御側の電流制御系 56 速度制御側の電流制御系 57,58 フィードバックゲイン要素

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 張力制御を行う張力調節ループに対し電
    動機トルクまたは電動機電流を制御する調節ループをマ
    イナーループとして持ち、あるいは、前記張力調節ルー
    プを持たずに電動機トルクまたは電動機電流のみを制御
    する調節ループを有する張力制御装置と、 電動機速度を制御する速度調節ループに対し電動機トル
    クまたは電流調節ループをマイナーループとして持つ速
    度制御装置とを備え、 前記張力制御装置及び速度制御装置により電動機を制御
    してロール間に張られた材料の張力を制御する張力制御
    方法において、 張力制御装置側の電動機速度またはロール周速と速度制
    御装置側の電動機速度またはロール周速との差を求め、
    この差を比例要素を介して各制御装置の電動機トルクま
    たは電動機電流の制御系にフィードバックすることを特
    徴とする張力制御方法。
JP12048093A 1993-04-23 1993-04-23 張力制御方法 Withdrawn JPH06305617A (ja)

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JPH06305617A true JPH06305617A (ja) 1994-11-01

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Effective date: 20000704