JPS61131816A - ロ−タリカツタの制御方法 - Google Patents

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〕 本発明は鋼板やダンボール等を切断するロータリカッタ
のシャー位置、シャー速度および駆動モータ電流をそれ
ぞれエネルギ最小の最適条件に選んで、エネルギ最小の
運転を可能ならしめるロータリカッタの制御方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

例えば、ライン上を移動する鋼板やダンボール等を一定
の正確な長さに切断するには、従来より第３図に示す装
置が用いられる。この装置は、第３図中圧から右へ速度
Ｖで移動するダンボール等の材料１６の移動量をローラ
３０に結合されたパルス発生器１の出力を積分すること
で得ると共に、この材料１５の移動量とシャー刃１３に
結合されたパルス発生器１１により得られるシャー刃１
３の回転移動速度及びこれを積分した回転移動量とが入
力される制御装置１２では、シャー刃１３の近接スイッ
チ３６により検出される切断完了時を基準としてモータ
９に制御指令を与えるようになっており、モータ９によ
りギヤ機構１４を介してシャー刃１３が駆動される構造
を有する。

この制御装置１２を更に詳細に説明すると、第４図に示
すように１パルス発生器１の信号からカウンタ２により
材料移動量ＬＬを得ると共に速度演算器３により材料速
度ＶＬを得る一方、パルス発生器１ノの信号からカウン
タ８によりシャー移動量ＬＳを得ると共に速度演算器１
６によりシャー速度ＶＳを得る０材料移動量ＬＬとシャ
ー刃移動量Ｌ８とは加算器１７でつき合わされΔＬを得
る０このΔＬの値に基づきゲインテーブル番号演算器４
は移動量ゲインテーブル５及び速度ゲインテーブル６に
テーブル番号工を出力する。そして、移動量ゲインテー
ブル５はテーブル番号工に従ってゲイン係数ＧＬを求め
てＧＬ・ΔＬを出力する。同様に速度ゲインテーブル６
はＧＶ・ΔＶを出力する。なお、このΔＶはシャー速度
ＶＳと材料速度ＶＬとを加算器１８にてつき合わせた結
果である０こうして、加算器１９にて材料移動速度ＭＬ
とΔＬに基づきゲイン係数を加味した移動量ＧＬ・ΔＬ
と速度Ｇｖ・ΔＶとをつき合わせて速度指令ＶＲを得て
、速度制御器７を制御するものである。なお、モータ９
の回転はパルス発生器１０により速度制御器７に入力さ
れる。

かかる装置において、シャー刃１３の周長よりも材料１
５の切断長が長い場合のモータ９に与える速度指令は第
５図のようになる。ナなわち、材料速度（ラインスピー
ド）ｖＬに対してシャー速度（シャースピード）ｖＳが
加減速され、シャー刃１３が切断を完了してから停止す
るまでに材料１５が移動した距離をＬｌ　とすると、０
（ＬＬ（Ｌ、の間では制御装置１２はフィードバック制
御は行なわず一定の減速指令のみを出す。切断完了後シ
ャー１３が一旦停止した後再び加速を始めるまで材料１
５の進んだ距離をり８、加速し終って材料１５の速度と
同期するまでの移動距離をり、とすると、 Ｌｌ　＜ＬＬ＜Ｌｓ　において、前述のΔＬを求め速度
指令を速度制御器７へ出すようＫしている０材料の切断
に当り基本的指令としては、カット長さが指定された長
さとなることと、カット時のライン速度とシャー刃の速
度とが等しいこ、ととが必要である。したがって、シャ
ー刃１３の減速から加速に至る間に正確に一定長さの材
料を見送り、切断時点ではラインスピードとシャースピ
ードとが完全に一致する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例では次のような問題点があった。

（１）従来では切断個所に近づいたところで速度ゲイン
に比べ位置ゲインを上げて位置を正確にしようとすると
、切断時点でのラインスピードがシャースピードと一致
せず、また、速度ゲインを上げて速度を合わせようとす
ると切断長の精度がおちるという問題がある。このため
、切断性能を維持するには微妙な調整が必要で、ライン
スピードが微妙に変動する実際の装置では精度維持が困
難になるという欠点がある。

（２）加減速に大きなエネルギを要し、エネルギ効率が
悪い０ （３）　　大容量モータ及び大容量モータ駆動系を要す
る。

本発明は前記従来の問題点を解消するために提案された
ものであり、切断精度を高精度に維持すると−もに、エ
ネルギ最小運転を行ない、モータに対する必要馬力を下
げると同時に、ランニングコストを最小にすることので
きるロータリカッタの制御方法を提供することを目的と
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に：るロータリカッタの制御方法は、エネルギ最
小の最適シャー位置を材料移動量から算出し、それぞれ
エネルギ最小の最適シャー速度および最適モータ電流を
それぞれ材料移動量および材料速度から算出し、これら
の算出条件を実現するようにシャーを駆動することを特
徴とするものである。

〔作用〕

本発明によれば、材料移動距離の関数として、エネルギ
最小の最適制御入力および最適軌道を求め、これらを例
えばナーボ系のフィードフォワード入力としてシャーを
駆動することにより、制御精度を高くすると＼もに、エ
ネルギ最小の運転を可能ならしめるようにして、前記従
来の問題点を解消し得るようにしたものである０〔実施
例〕 本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明方法を実施するのに用いられる装置の一
実施例の構成を示す図であり、第１図において、第４図
と同一部分には同符号を付しその説明は簡略化する。ロ
ーラ３０につながるパルス発生器１の出力は積分器２で
時間積分され材料移動距離ｔ−となって、最適位置指令
発生器３２、最適速度比指令発生器２２、および最適加
速度比指令発生器２４へそれぞれ入力される。これらそ
れぞれの発生器３２，２２゜２４は、切断長Ｌ０に従っ
て作られた理想曲線の特性を有しており、これら曲線は
材料移動速度の変動によって変化しない特性を有する。

この特性及び最適性に関しては後述する。

一方、パルス発生器１１からはシャー刃１３の移動速度
ｖ８　が得られ、積分器８で時間積分してシャー刃移動
量ｔ６　が得られる。このシャー刃移動量ｔ８　　は位
置指令発生器３２の出力２、”と加算器２９にて加算さ
れ、この加算器２９では位置偏差Δｔ　＝　ｘｔ　　−
、／、ｓを得る。この位置偏差Δｔは位置制御器３３を
通ってＶＩＣＬとして出力される。

また、速度比指令発生器２２から出力されるこの速度指
令：ｃ！Ｉ＊は加算器３０′にて前述のＶｘＬとＶｓ　
　と共に加えられ、速度偏差’　ＡＶ＝ＶＫＬ　＋ｘ：
”−Ｖ＠カ求メラレルｏ　ソｔ、テ、加算器３０’の出
力は速度制御器３４を通ってＡ鼠マとして出力される。

更に、加速度比指令発生器２４から得られる加速度比指
令ｄ！″””ｄＬｍＭ　　二個直列の材料速度乗算器２
５．２６にてパルス発生器１からの出力ｄ１′／！　　
が乗ぜられ；＝　Ａｓなる加速ｄｔ　　　　　　　　　
　　　　　　ｄｔ度指令を得る。しかもこの後定数掛算
器２７にて電流指令１＊＊　を得る。係数器に設定しで
ある係数は１７であり、Ｋ！　　はモータのトルク定数
、■はモータ及びシャーの慣性モーメントである０すな
わち、加速度Ａ、　　とモータ電流１とには工 ｉ　　＝　−Ａｃ ｌ なる関係があるので」−を乗することにより、Ｘ 加速度Ａｅ　　から電流ｌを求めることができる。

この電流指令１０　は加算器３１にて前述の人Ｘマとモ
ータ９の電流検出器２８で検出される電機子電流１と共
に加算され、電流偏差 Δｉ　＝　１”　＋Ａｘｖ　−１が求められる。そして
、この加算器３１の出力は電流制御器２１を通ってモー
タ９に指令を与える。

つぎに、最適位置指令発生器３２、最適速度比指令発生
器２２、清適加速度比指令発生器２４の構成について述
べる。

シャーの運動方程式は次式で与えられる。

モータ消費エネルギを最小にするには評価関数を次のよ
うに選べばよい。

Ｊ　＝　ｆ６１”ｄｔ　＋ｍｉｎ　　　　−−−−−・
（２）終端時刻で及び初期条件、終端条件は次のようＫ
なる。

但し、ここでＬｏ　：切断長、Ｌｌ：シャー局長である
。

（３）式は切断時刻ＴがＬｏ／ｖａで与えられることを
示している。初期にはシャー位置拡０であり、シャー速
度はフィン速度に同期しているものとする。終端条件は
材料がＬｏだけ移動したとき、シャーがちょうど１回転
しており、かつライン速度に同期していることを示して
いる。終端時に切断が行なわれる。（１）式より、制御
対象の状態方程式は次のようになる。

（６）式で表わされるシステムを（３）　、　（４）　
、　（５）式の条件のもとて（２）式を最小にする最適
制御人力ｍ“及び最適軌道、＊、、−は最大原理を用い
て計算すると次のようになる。

パ　となる。

評価関数の値は 工 となる。

以上は最大原理の単純な応用であり、ライン速度Ｖ−が
不変のときのみ成立つ。しかし、現実にはＶ−が時々刻
々変動する。速度変動を考慮、した最適問題は終端時刻
及び境界条件が次のように与えられることＫなる。

終端時刻　／Ｉ）Ｖ１ｄｔ＝Ｌ０　　　　　　　　　・
・・・・・αＩＬ０：切断長 Ｌｍ　：シャー周長 ライン速度変動は前もって知ることができないので、制
御開始時点で最適解を得ることができない。もし、ライ
ン速度変動を無視した制御を行なうと、もっとも重要な
切断精度がきわめて悪化してしまい、実用性がなくなっ
てしまう。

切断精度を維持するには、 程度の精度が要求される。そこで、次の性質を持つ制御
方法を求めたことが本発明の大きなポイントである。

（１）速度変動がなければ最適性が保証され、　（１１
式を満す。

（２）　　速度変動があると最適性はくずれるが、α１
〜υ式は満足する。

速度変動がないときの最適軌道は である。ここで、 ＶｇＴ　＝　Ｌ　ｏ　　　　　　　””・・・（１１１
’ｆ’　＝　ｔｇ　　　　　　　・−・・−・（ＩＩと
おいて（１３１式へ代入すると、位置の軌道は次式のよ
うに、材料の移動量ｔ−のみの関数となる。

材料移動量を計測してαη式を計算すればシャー位置の
準最適な軌道を知ることができる。■−が一定ならばα
η式は最適軌道を与える。ｔａ＝Ｌ。

となったとき、シャー移動量ｘ　１”（ＬＯＬｍ　ｙ　
）は、ｘ、＊＊（Ｌｏ−Ｌ＋ｓｙ　）　＝　Ｌｓ　　　
　　・・・”・ａｌとなり、従って、ｆ、Ｖｇｄｔ±Ｌ
６　　を満足するＴにおいて、位置の終端条件ａａ式を
満足する軌道が６１　　の関数として得られる。

速度の軌道はαη式を時間で微分して、ｔｅ 但し、’Ｖａ＝− ｄｔ Ｊｊ　　及びｖａ　　を計測して餞の計算を行なうと速
度の準最適軌道を得ることができることを示している。

な９式の初期状態及び終端状態は、 ”ｔ　（０）　＝　ｒｔ”（ｏ）　＝　Ｖｅ　（０）”
ｘ（Ｔ）　＝　”ｒ”（Ｌｏ）　＝ｙｇ（Ｔ）となり、
境界条件を満足する。

制御入力は０式を時間で微分して、 ・・・・・・（至） 但し、■”ｄｔであり、これはライン加速度である。

１ｍ　、　Ｖａ　、　ｍ−を計測し、（１）式を計算す
ることＫより、終端時刻、初期条件、終端条件を満足す
る準最適制御入力を求めることができること金示してい
る。凍お、ライン速度が一定であれば、＜１７＞　、　
鱈、　ｍ式が最適軌道、最適制御入力であることは明ら
かである。

制御入力として翰弐を入力すると、数式モデルと実機と
の差が顕在化し、終端条件ａａ式を満足するのは困難で
ある。そこで、シャー駆動系はモータ電流、モータ速度
、位置をフィートノ（ツクするサーボ系を構成し、αη
式で表わされるシャー位置の最適軌道を目標値とする追
従制御を行ない、追従性能を上げるための補助入力とし
てａｌ式の速度軌道及び（イ）式の電流軌道を用いる０ なお、翰式において、実用的見地からすれば、第１項に
比べ第２項ねきわめて小さいのでこれを無視する。

以上より、最適位置指令発生器３２はｉｇ　　を変数と
してαη式を計算し、Ｘ、”を出力するものである０ 最適速度比指令発生器２２はｔｇ　　を変数として次式
により４“パを出力するものである。

６１ｇ して次式によ、り−１」シーを出力するものである。

ｔ１１１ 上記本発明の一実施例の作用について説明する０ 上記本発明の一実施例においては、準濃適軌道ｘ、１を
目標値とするサーボ系が構成されており、シャー位置は
ｘ１°忙近い動きをする。サーボ系に：ｃ、＊＊のみを
目標値として与えると、サーボ系の追光遅れが発生し、
最適軌道とズレが大きくなるが、準最適速度指令及び準
最適加速度を発生する準最適電流指令を速度及び電流制
御器の入力に重畳しているので準最適軌道に非常に近す
軌道をえがくことになる。

〔発明の効果〕

以上により本発明によれば以下の如き優れた効果が奏せ
られるものである。

（１）省エネルギ 従来方式は第５図に示したように速度を直線的に変化さ
せている。モータに最も大きな負担がかかる状態は第５
図において、ｔ、±ｔ。

となり、休止期間がまったくない状態になる切断を行な
う場合である。モータ容量の選定はこの状態（以後ヘビ
ーデエーティサイクルとよぶ）をベースに行なわれる。

ヘビーデエーティナイクルは切断長Ｌ０がシャー周長Ｌ
８　　の２倍となったとき発生する。

Ｌｇ＝２Ｌｓ　　　　　　・・・・・・（２）ライン速
度ｖ６　　が一定であるとすると終端時刻Ｔでラインは
切断長だけ移動している必要があるので、 ｖ６・’ｌ’＝Ｌ、　　　　　・・・・・・（２）とな
る。

（至）、０式より ２Ｌ暴 Ｔ＝□　　　　　　　　・・・・・・（２）■− でＯからＶ＃　まで加速するに必要な電流量はを満足す
るので、この関係から ａ　ＫＸ となる。このときの評価関数（２）式の値はとなる。

一方、本発明にニリＬ（１＝２Ｌｓ　　となる切断を行
なったときの評価関数（２）式の値は、となり、駆動に
必要なエネルギ、すなわちエネルギ消費が従来方式の７
５チですむことがわかる。

（２）小容量モータの採用 駆動に必要なエネルギが７５％でよいということはモー
タそのものの容量を７’５ｌｌｃす。

ること力５できる。

（３）正確な切断（その１） 単なる最大原理の応用ではライン速度変動などの外乱に
より、切断精度、斉速精度が悪化し、実用的なものとは
ならないが、シャー最適位置を材料移動距離の関数とし
て与えたことＫより、ライン速度変動があっても、正確
な切断が行なえる。

（４）正確な切断（その２） シャー最適速度、最適モータ電流を材料移動距離と材料
速度とから求め、これらをサーボ素゛″のフィードフォ
ワード入力とすることにより、さらに制御精度′を高く
し、エネルギ最小の運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するのく用いられる装置の一
実施例の構成を示す図、ｆｌｃ２図は第１図に示す一実
施例の作用を示す図、第３図〜第５図はそれぞれ従来例
を説明するための図である。 ２ノ・・・電流制御器、２２・・・最適速度比指令発生
器、２３，２５．２６・・・材料速度乗算器、２４・・
・最適加速度比指令発生器、２７・・・定数掛算器、２
８・・・電流検出器、２９．３０’、３１・・・加算器
、３：・・・最適位置指令発生器、３３・・・位置制御
器。 出願人復代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第１図 第２図 ｆｒ闇 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エネルギ最小の最適シャー位置を材料移動量から算出し
   、それぞれエネルギ最小の最適シャー速度および最適モ
   ータ電流をそれぞれ材料移動量および材料速度から算出
   し、これらの算出条件を実現するようにシャーを駆動す
   ることを特徴とするロータリカッタの制御方法。