JPWO2018025326A1 - Unwinder control device - Google Patents

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Abstract

アンワインダの径を測定することなく、シート材に作用する張力を一定に保持することができるアンワインダの制御装置を提供する。アンワインダの制御装置は、シート材を巻き戻すアンワインダとシート材を巻き取るワインダとを備えたワインダ設備において、前記アンワインダの張力基準値と張力応答値との偏差の入力を受け付け、当該偏差にＰＩ制御を行うことにより前記アンワインダのトルク基準値の候補を算出するＰＩ制御器と、前記アンワインダの張力基準値と張力応答値との偏差の入力を受け付け、前記アンワインダに巻き付けられたシート材の偏心による周期的な外乱の周波数に対応した共振周波数を持つ正弦波伝達関数において当該偏差を入力とした補償値を算出し、前記ＰＩ制御器により算出された前記アンワインダのトルク基準値の候補に当該補償値を加算することで前記アンワインダのトルク基準値とするモデル制御器と、を備えた。Provided is an unwinder control device capable of maintaining a constant tension acting on a sheet material without measuring the diameter of the unwinder. An unwinder control device receives an input of a deviation between a tension reference value and a tension response value of the unwinder in a winder facility including an unwinder that rewinds a sheet material and a winder that winds the sheet material, and performs PI control on the deviation. And a PI controller that calculates a candidate torque reference value of the unwinder, and an input of a deviation between the tension reference value and the tension response value of the unwinder, and a period due to the eccentricity of the sheet material wound around the unwinder A compensation value having the deviation as an input in a sinusoidal transfer function having a resonance frequency corresponding to the frequency of the external disturbance, and calculating the compensation value as a candidate for the unwinder torque reference value calculated by the PI controller. And a model controller for adding the unwinder to a torque reference value.

Description

この発明は、アンワインダの制御装置に関する。   The present invention relates to an unwinder control device.

特許文献１は、アンワインダの制御装置を開示する。当該制御装置によれば、アンワインダの径を実測値に基づいてシート材に作用する張力を一定に保持し得る。   Patent Document 1 discloses an unwinder control device. According to the control device, the tension acting on the sheet material can be kept constant based on the measured value of the diameter of the unwinder.

日本特開平８−２４５０２９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-245029

しかしながら、特許文献１に記載の制御装置においては、アンワインダの径を測定する必要がある。   However, in the control device described in Patent Document 1, it is necessary to measure the diameter of the unwinder.

この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、アンワインダの径を測定することなく、シート材に作用する張力を一定に保持することができるアンワインダの制御装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. An object of the present invention is to provide a control device for an unwinder that can maintain a constant tension acting on a sheet material without measuring the diameter of the unwinder.

この発明に係るアンワインダの制御装置は、シート材を巻き戻すアンワインダとシート材を巻き取るワインダとを備えたワインダ設備において、前記アンワインダの張力基準値と張力応答値との偏差の入力を受け付け、当該偏差にＰＩ制御を行うことにより前記アンワインダのトルク基準値の候補を算出するＰＩ制御器と、前記アンワインダの張力基準値と張力応答値との偏差の入力を受け付け、前記アンワインダに巻き付けられたシート材の偏心による周期的な外乱の周波数に対応した共振周波数を持つ正弦波伝達関数において当該偏差を入力とした補償値を算出し、前記ＰＩ制御器により算出された前記アンワインダのトルク基準値の候補に当該補償値を加算することで前記アンワインダのトルク基準値とするモデル制御器と、を備えた。   An unwinder control device according to the present invention, in a winder facility including an unwinder that rewinds a sheet material and a winder that winds the sheet material, receives an input of a deviation between a tension reference value and a tension response value of the unwinder, A PI controller that calculates a candidate for the unwinder torque reference value by performing PI control on the deviation, and an input of the deviation between the tension reference value and the tension response value of the unwinder, and the sheet material wound around the unwinder In the sinusoidal transfer function having a resonance frequency corresponding to the frequency of the periodic disturbance due to the eccentricity, a compensation value with the deviation as an input is calculated, and the torque reference value candidate of the unwinder calculated by the PI controller is calculated. A model controller that adds the compensation value to the torque reference value of the unwinder.

この発明によれば、アンワインダのトルク基準値は、ＰＩ制御器により算出されたアンワインダ１のトルク基準値の候補に補償値を加算することで算出される。このため、アンワインダの径を測定することなく、シート材に採用する張力を一定に保持することができる。   According to the present invention, the unwinder torque reference value is calculated by adding the compensation value to the unwinder 1 torque reference value candidate calculated by the PI controller. For this reason, the tension | tensile_strength employ | adopted as a sheet | seat material can be kept constant, without measuring the diameter of an unwinder.

この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置が適用されるワインダ設備の構成図である。It is a block diagram of the winder installation with which the control apparatus of the unwinder in Embodiment 1 of this invention is applied. この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置が適用されるワインダ設備のアンワインダの偏心のモデリング図である。It is a modeling figure of the unwinder eccentricity of the winder installation to which the control device of the unwinder in Embodiment 1 of this invention is applied. この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置よるアンワインダの張力制御を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating tension control of the unwinder by the unwinder control apparatus in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置による張力制御の有効性を示すシミュレーション結果の図である。It is a figure of the simulation result which shows the effectiveness of tension control by the control device of the unwinder in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置の伝達関数のボード線図である。It is a Bode diagram of a transfer function of a control device for an unwinder in Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the outline | summary of operation | movement of the control apparatus of the unwinder in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the control apparatus of the unwinder in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２におけるアンワインダの制御装置による張力制御を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating tension | tensile_strength control by the unwinder control apparatus in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２におけるアンワインダの制御装置による調整パラメータの決定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination method of the adjustment parameter by the control apparatus of the unwinder in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２におけるアンワインダの制御装置による外乱の周期の計測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measuring method of the period of the disturbance by the control apparatus of the unwinder in Embodiment 2 of this invention.

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。   A mode for carrying out the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds in each figure. The overlapping explanation of the part is appropriately simplified or omitted.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置が適用されるワインダ設備の構成図である。Embodiment 1 FIG.
1 is a configuration diagram of a winder facility to which an unwinder control device according to Embodiment 1 of the present invention is applied.

図１において、アンワインダ１は、ワインダ設備の最上流に設けられる。中間ロール２は、アンワインダ１の下流側に設けられる。スリッタ３は、中間ロール２の下流側に設けられる。ワインダ４は、スリッタ３の下流側に設けられる。   In FIG. 1, an unwinder 1 is provided at the uppermost stream of a winder facility. The intermediate roll 2 is provided on the downstream side of the unwinder 1. The slitter 3 is provided on the downstream side of the intermediate roll 2. The winder 4 is provided on the downstream side of the slitter 3.

張力計５は、スリッタ３とワインダ４との間に設けられる。   The tension meter 5 is provided between the slitter 3 and the winder 4.

アンワインダ駆動用モータ６は、アンワインダ１に対応して設けられる。中間ロール駆動用モータ７は、中間ロール２に対応して設けられる。スリッタ駆動用モータ８は、スリッタ３に対応して設けられる。ワインダ駆動用モータ９は、ワインダ４に対応して設けられる。   The unwinder driving motor 6 is provided corresponding to the unwinder 1. The intermediate roll driving motor 7 is provided corresponding to the intermediate roll 2. The slitter driving motor 8 is provided corresponding to the slitter 3. The winder driving motor 9 is provided corresponding to the winder 4.

アンワインダ駆動用ドライブ装置１０は、アンワインダ１に対応して設けられる。中間ロール駆動用ドライブ装置１１は、中間ロール２に対応して設けられる。スリッタ駆動用ドライブ装置１２は、スリッタ３に対応して設けられる。ワインダ駆動用ドライブ装置１３は、ワインダ４に対応して設けられる。   The unwinder drive device 10 is provided corresponding to the unwinder 1. The intermediate roll drive device 11 is provided corresponding to the intermediate roll 2. The slitter drive device 12 is provided corresponding to the slitter 3. The drive device 13 for driving the winder is provided corresponding to the winder 4.

制御装置１４の入力部は、張力計５の出力部に接続される。制御装置１４の入力部は、アンワインダ駆動用ドライブ装置１０の出力部に接続される。制御装置１４の出力部は、アンワインダ駆動用ドライブ装置１０の入力部に接続される。制御装置１４の出力部は、中間ロール駆動用ドライブ装置１１の入力部に接続される。制御装置１４の出力部は、スリッタ駆動用ドライブ装置１２の入力部に接続される。制御装置１４の出力部は、ワインダ駆動用ドライブ装置１３の入力部に接続される。   The input unit of the control device 14 is connected to the output unit of the tension meter 5. The input unit of the control device 14 is connected to the output unit of the unwinder drive device 10. The output unit of the control device 14 is connected to the input unit of the unwinder drive device 10. The output unit of the control device 14 is connected to the input unit of the intermediate roll drive device 11. The output unit of the control device 14 is connected to the input unit of the slitter drive device 12. The output unit of the control device 14 is connected to the input unit of the winder drive device 13.

ワインダ設備において、シート材１５は、親巻取り製品としてアンワインダ１に巻き付けられる。例えば、シート材１５は、紙である。例えば、シート材１５は、金属である。例えば、シート材１５は、フィルムである。親巻取り製品において、シート材１５の外径は、大きい。シート材１５の幅は、広い。シート材１５は、重い。シート材１５は、アンワインダ１から巻き戻される。シート材１５は、中間ロール２を介してスリッタ３において予め設定された巻取り幅に裁断される。シート材１５は、予め設定された外径となるようにワインダ４に巻き取られる。その結果、小型の巻取り製品が製造される。   In the winder facility, the sheet material 15 is wound around the unwinder 1 as a parent winding product. For example, the sheet material 15 is paper. For example, the sheet material 15 is a metal. For example, the sheet material 15 is a film. In the parent roll-up product, the outer diameter of the sheet material 15 is large. The width of the sheet material 15 is wide. The sheet material 15 is heavy. The sheet material 15 is rewound from the unwinder 1. The sheet material 15 is cut to a preset winding width in the slitter 3 via the intermediate roll 2. The sheet material 15 is wound around the winder 4 so as to have a preset outer diameter. As a result, a small wound product is manufactured.

張力計５は、シート材１５に作用する張力を検出する。   The tensiometer 5 detects the tension acting on the sheet material 15.

制御装置１４は、張力計５からシート材１５の張力応答値Ｔｒｅｓ（ＭＰａ）の入力を受け付ける。制御装置１４は、アンワインダ駆動用モータ６からアンワインダ１の回転速度応答値ωｕｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）の入力を受け付ける。The control device 14 receives an input of the tension response value T res (MPa) of the sheet material 15 from the tension meter 5. The control device 14 receives an input of the rotational speed response value ω uw res (rad / s) of the unwinder 1 from the unwinder driving motor 6.

制御装置１４は、アンワインダ駆動用ドライブ装置１０にアンワインダ１のトルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）を出力する。アンワインダ駆動用ドライブ装置１０は、トルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）に基づいてアンワインダ駆動用モータ６の回転速度を制御する。The control device 14 outputs the torque reference value τ uw ref (N · m) of the unwinder 1 to the drive device 10 for driving the unwinder. The unwinder drive device 10 controls the rotational speed of the unwinder drive motor 6 based on the torque reference value τ uw ref (N · m).

制御装置１４は、中間ロール駆動用ドライブ装置１１に中間ロール２の回転速度基準値ωｉｎｔ ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）を出力する。中間ロール駆動用ドライブ装置１１は、回転速度基準値ωｉｎｔ ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）に基づいて中間ロール駆動用モータ７の回転速度を制御する。The control device 14 outputs the rotational speed reference value ω int ref (rad / s) of the intermediate roll 2 to the intermediate roll drive device 11. The intermediate roll driving drive device 11 controls the rotational speed of the intermediate roll driving motor 7 based on the rotational speed reference value ω int ref (rad / s).

制御装置１４は、スリッタ駆動用ドライブ装置１２にスリッタ３の回転速度基準値ωｓｌ ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）を出力する。スリッタ駆動用ドライブ装置１２は、回転速度基準値ωｓｌ ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）に基づいてスリッタ駆動用モータ８の回転速度を制御する。The control device 14 outputs the rotation speed reference value ω sl ref (rad / s) of the slitter 3 to the slitter drive device 12. The slitter drive device 12 controls the rotation speed of the slitter drive motor 8 based on the rotation speed reference value ω sl ref (rad / s).

制御装置１４は、ワインダ駆動用ドライブ装置１３にワインダ４の回転速度基準値ωｗ ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）を出力する。ワインダ駆動用ドライブ装置１３は、回転速度基準値ωｗ ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）に基づいてワインダ駆動用モータ９の回転速度を制御する。The control device 14 outputs the rotation speed reference value ω w ref (rad / s) of the winder 4 to the winder drive device 13. The winder driving device 13 controls the rotational speed of the winder driving motor 9 based on the rotational speed reference value ω w ref (rad / s).

次に、図２を用いて、アンワインダ１に作用する外乱トルクを説明する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置が適用されるワインダ設備のアンワインダの偏心のモデリング図である。図２の横軸は、アンワインダ１の回転軸に直交するｘ軸である。図２の縦軸は、アンワインダ１の回転軸とｘ軸とに直行するｙ軸である。Next, the disturbance torque acting on the unwinder 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a modeling diagram of the unwinder eccentricity of the winder facility to which the unwinder control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is applied. The horizontal axis in FIG. 2 is the x axis orthogonal to the rotation axis of the unwinder 1. The vertical axis in FIG. 2 is a y-axis orthogonal to the rotation axis of the unwinder 1 and the x-axis.

図２において、Ａは、アンワインダ駆動用モータ６のトルクである。Ａの単位は、Ｎ・ｍである。Ｂは、負荷トルクである。Ｂの単位は、Ｎ・ｍである。θは、偏心したアンワインダ１の重心の位置に対応した角度である。θの単位は、ｒａｄ／ｓである。ｒｄは、偏心したアンワインダ１の重心の位置の軌跡に対するアンワインダ１の半径である。ｒｄの単位は、ｍｍである。ｍは、アンワインダ１の質量である。ｍの単位は、ｋｇである。ｇは、重力加速度である。ｇの単位は、Ｎ／ｋｇである。In FIG. 2, A is the torque of the unwinder driving motor 6. The unit of A is N · m. B is a load torque. The unit of B is N · m. θ is an angle corresponding to the position of the center of gravity of the eccentric unwinder 1. The unit of θ is rad / s. r d is the radius of the unwinder 1 for the trajectory of the center of gravity of the unwinder 1 eccentric. Units of r d is in mm. m is the mass of the unwinder 1. The unit of m is kg. g is a gravitational acceleration. The unit of g is N / kg.

シート材１５は、アンワインダ１に巻き付けられる前に一時的に保管される。例えば、シート材１５は、巻き芯に巻き付けられた状態で保管される。巻き芯は、保管架台に架けられる。この際、シート材１５の重力により、シート材１５の中央部は垂下する。その結果、シート材１５は、偏心する。アンワインダ１は、偏心したシート材１５により周期的な外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）の影響を受ける。周期的な外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）は、次の（１）式で表される。The sheet material 15 is temporarily stored before being wound around the unwinder 1. For example, the sheet material 15 is stored in a state of being wound around a winding core. The winding core is laid on a storage stand. At this time, due to the gravity of the sheet material 15, the central portion of the sheet material 15 hangs down. As a result, the sheet material 15 is eccentric. The unwinder 1 is affected by the periodic disturbance torque τ dis (N · m) due to the eccentric sheet material 15. The periodic disturbance torque τ dis (N · m) is expressed by the following equation (1).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

次に、図３を用いて、制御装置１４によるアンワインダ１の張力制御を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置よるアンワインダの張力制御を説明するためのブロック図である。図３において、正方向は、ワインダ４によるシート材１５の巻取り方向とは反対方向に設定される。Next, tension control of the unwinder 1 by the control device 14 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a block diagram for explaining the unwinder tension control by the unwinder control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, the forward direction is set in a direction opposite to the winding direction of the sheet material 15 by the winder 4.

図３に示されるように、制御装置１４は、ＰＩ制御器１４ａとモデル制御器１４ｂとを備える。   As shown in FIG. 3, the control device 14 includes a PI controller 14a and a model controller 14b.

ＰＩ制御器１４ａは、アンワインダ１の張力基準値Ｔｒｅｆ（Ｍｐａ）と張力応答値Ｔｒｅｓ（Ｍｐａ）との偏差の入力を受け付ける。ＰＩ制御器１４ａは、当該偏差にＰＩ制御を行うことによりアンワインダ１のトルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）の候補を算出する。ＰＩ制御器１４ａの伝達関数は、次の（２）式で表される。The PI controller 14a receives an input of a deviation between the tension reference value T ref (Mpa) of the unwinder 1 and the tension response value T res (Mpa). The PI controller 14a calculates candidates for the torque reference value τ uw ref (N · m) of the unwinder 1 by performing PI control on the deviation. The transfer function of the PI controller 14a is expressed by the following equation (2).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

ただし、Ｋｐは、比例ゲインである。ＫＩは、積分ゲインである。ｓは、ラプラス演算子である。However, Kp is a proportional gain. K I is an integral gain. s is a Laplace operator.

モデル制御器１４ｂは、ＰＩ制御器１４ａに対して並列に適用される。モデル制御器１４ｂは、アンワインダ１の張力基準値Ｔｒｅｆ（Ｍｐａ）と張力応答値Ｔｒｅｓ（Ｍｐａ）との偏差の入力を受け付ける。モデル制御器１４ｂは、アンワインダ１に巻き付いたコイルの偏心による周期的な外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）の周波数に対応した共振周波数を持つ正弦波伝達関数において当該偏差を入力とした補償値を算出する。モデル制御器１４ｂの伝達関数は、ｃｏｓ関数のラプラス変換式で表される。具体的には、モデル制御器１４ｂの伝達関数は、次の（３）式で表される。The model controller 14b is applied in parallel to the PI controller 14a. The model controller 14b receives an input of a deviation between the tension reference value T ref (Mpa) and the tension response value T res (Mpa) of the unwinder 1. The model controller 14b obtains a compensation value obtained by inputting the deviation in a sine wave transfer function having a resonance frequency corresponding to the frequency of the periodic disturbance torque τ dis (N · m) due to the eccentricity of the coil wound around the unwinder 1. calculate. The transfer function of the model controller 14b is expressed by a Laplace transform equation of the cos function. Specifically, the transfer function of the model controller 14b is expressed by the following equation (3).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

ただし、Ｋｓは、比例ゲインである。ｓは、ラプラス演算子である。Here, K s is a proportional gain. s is a Laplace operator.

モデル制御器１４ｂは、ＰＩ制御器１４ａにより算出されたトルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）の候補に当該補償値を加算することによりアンワインダ１のトルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）とする。この際、共振周波数は、サンプリング毎に更新される。Model controller 14b, a torque reference value calculated by the PI controller 14a tau uw ref torque reference value of the unwinder 1 by adding the compensation value to the candidate of the (N · m) τ uw ref (N · m) And At this time, the resonance frequency is updated every sampling.

アンワインダ駆動用ドライブ装置１０は、トルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）に基づいて電流制御を行う。その結果、Ｑ軸電流応答値Ｉｑ ｒｅｓ（Ａ）が得られる。The unwinder drive device 10 performs current control based on the torque reference value τ uw ref (N · m). As a result, a Q-axis current response value I q res (A) is obtained.

アンワインダ駆動用モータ６は、Ｑ軸電流応答値Ｉｑ ｒｅｓ（Ａ）に基づいて回転する。その結果、トルク応答値τｕｗ ｒｅｓ（Ｎ・ｍ）が得られる。トルク応答値τｕｗ ｒｅｓ（Ｎ・Ｍ）は、アンワインダ駆動用モータ６のｄ軸磁束φｄ（Ｗｂ）に基づいて決まる。The unwinder driving motor 6 rotates based on the Q-axis current response value I q res (A). As a result, a torque response value τ uw res (N · m) is obtained. The torque response value τ uw res (N · M) is determined based on the d-axis magnetic flux φ d (Wb) of the unwinder driving motor 6.

この際、周期的な外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）は、トルク応答値τｕｗ ｒｅｓ（Ｎ・Ｍ）に加算される。その結果、実際の回転速度応答値ωｕｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）が得られる。実際の回転速度応答値ωｕｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）は、トルク応答値τｕｗ ｒｅｓ（Ｎ・Ｍ）と外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）とアンワインダ１の慣性モーメントＪｕｗ（ｋｇｍ２）とラプラス演算子ｓで決まる。At this time, the periodic disturbance torque τ dis (N · m) is added to the torque response value τ uw res (N · M). As a result, an actual rotational speed response value ω uw res (rad / s) is obtained. The actual rotational speed response value ω uw res (rad / s) includes the torque response value τ uw res (N · M), the disturbance torque τ dis (N · m), and the inertia moment J uw (kgm 2 ) of the unwinder 1. Determined by Laplace operator s.

アンワインダ１の張力応答値Ｔｒｅｓ（Ｍｐａ）は、ワインダ４の回転速度応答値ωｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）とアンワインダ１の回転速度応答値ωｕｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）との差分を時間積分した値に比例する。具体的には、張力応答値Ｔｒｅｓ（ＭＰａ）は、次の（４）式で表される。The tension response value T res (Mpa) of the unwinder 1 is obtained by time integration of the difference between the rotational speed response value ω w res (rad / s) of the winder 4 and the rotational speed response value ω uw res (rad / s) of the unwinder 1. It is proportional to the value. Specifically, the tension response value T res (MPa) is expressed by the following equation (4).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

ただし、Ｅは、シート材１５のヤング率である。Ｅの単位は、ＭＰａである。Ｌは、アンワインダ１とワインダ４との距離である。Ｌの単位は、ｍｍである。ｖｗ ｒｅｓは、ワインダ４の周速応答値である。ｖｗ ｒｅｓの単位は、ｍｍ／ｓである。ｖｕｗ ｒｅｓは、アンワインダ１の周速応答値である。ｖｕｗ ｒｅｓの単位は、ｍｍ／ｓである。Ｒｗは、ワインダ４の半径である。Ｒｗの単位は、ｍｍである。Ｒｕｗは、ワインダ４の半径である。Ｒｕｗの単位は、ｍｍである。However, E is the Young's modulus of the sheet material 15. The unit of E is MPa. L is the distance between the unwinder 1 and the winder 4. The unit of L is mm. v w res is a peripheral speed response value of the winder 4. The unit of v w res is mm / s. v uw res is a peripheral speed response value of the unwinder 1. The unit of v uw res is mm / s. R w is the radius of the winder 4. Units of R w is in mm. R uw is the radius of the winder 4. The unit of R uw is mm.

この際、周期的な外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）は、回転速度応答値ωｕｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）を変動させ得る。その結果、張力応答値Ｔｒｅｓ（ＭＰａ）は、変動し得る。At this time, the periodic disturbance torque τ dis (N · m) can change the rotational speed response value ω uw res (rad / s). As a result, the tension response value T res (MPa) can vary.

しかしながら、トルク基準値τｕｗ ｒｅｆ（Ｎ・ｍ）は、周期的な外乱トルクτｄｉｓ（Ｎ・ｍ）の周波数に対応した共振周波数に対応した補償値で補償される。このため、張力応答値Ｔｒｅｓ（ＭＰａ）の変動は、抑制される。However, the torque reference value τ uw ref (N · m) is compensated with a compensation value corresponding to the resonance frequency corresponding to the frequency of the periodic disturbance torque τ dis (N · m). For this reason, the fluctuation | variation of tension response value Tres (MPa) is suppressed.

次に、図４を用いて、制御装置１４による張力制御の有効性を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置による張力制御の有効性を示すシミュレーション結果の図である。図４の横軸は、時間（ｓ）である。図４の上段の縦軸は、ライン速度（ｍｐｍ）である。図４の下段の縦軸は、張力応答値（ＭＰａ）である。Next, the effectiveness of tension control by the control device 14 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram of simulation results showing the effectiveness of tension control by the unwinder control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The horizontal axis of FIG. 4 is time (s). The vertical axis in the upper part of FIG. 4 is the line speed (mpm). The vertical axis in the lower part of FIG. 4 is the tension response value (MPa).

図４の上段に示されるように、ライン速度は、０ｍｐｍから１２００ｍｐｍに加速される。   As shown in the upper part of FIG. 4, the line speed is accelerated from 0 mpm to 1200 mpm.

モデル制御器１４ｂが適用されない場合、張力応答値は、アンワインダ１の偏心の影響を受ける。その結果、張力応答値は、変動する。この際、周期的な外乱の周波数は、アンワインダ１の回転速度に対応した周波数となる。このため、ライン速度が上がるについて、張力応答値の変動の周波数も高くなる。   When the model controller 14 b is not applied, the tension response value is affected by the eccentricity of the unwinder 1. As a result, the tension response value varies. At this time, the frequency of the periodic disturbance is a frequency corresponding to the rotational speed of the unwinder 1. For this reason, as the line speed increases, the frequency of fluctuation of the tension response value also increases.

これに対し、モデル制御器１４ｂが適用される場合、モデル制御器１４ｂのゲインは、周期的な外乱の周波数において無限大となる。この際、周期的な外乱の周波数において、外乱を抑制する性能が向上する。このため、張力応答値は、アンワインダ１の偏心の影響を受けにくい。その結果、張力応答値の変動は、抑制される。   On the other hand, when the model controller 14b is applied, the gain of the model controller 14b becomes infinite at the frequency of the periodic disturbance. At this time, the performance of suppressing disturbance is improved at a periodic disturbance frequency. For this reason, the tension response value is not easily affected by the eccentricity of the unwinder 1. As a result, fluctuations in the tension response value are suppressed.

次に、図５を用いて、制御装置１４のゲインを説明する。
図５はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置の伝達関数のボード線図である。図５の横軸は、アンワインダ１の回転速度である。図５の上段の縦軸は、ゲイン（ｄＢ）である。図５の下段の縦軸は、アンワインダ１の位相（ｄｅｇ）である。図５においては、共振周波数は、２０ｒａｄ／ｓに設定される。Next, the gain of the control device 14 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a Bode diagram of a transfer function of the control device for the unwinder according to Embodiment 1 of the present invention. The horizontal axis in FIG. 5 represents the rotational speed of the unwinder 1. The vertical axis in the upper part of FIG. 5 is the gain (dB). The vertical axis in the lower part of FIG. 5 is the phase (deg) of the unwinder 1. In FIG. 5, the resonance frequency is set to 20 rad / s.

図５の上段に示されるように、ゲインは、共振周波数に対応した回転数である２０ｒａｄ／ｓにおいて無限大となる。   As shown in the upper part of FIG. 5, the gain becomes infinite at 20 rad / s, which is the rotational speed corresponding to the resonance frequency.

次に、図６を用いて、制御装置１４の動作の概要を説明する。
図６はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置の動作の概要を説明するためのフローチャートである。Next, the outline | summary of operation | movement of the control apparatus 14 is demonstrated using FIG.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the outline of the operation of the unwinder control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

ステップＳ１では、制御装置１４は、アンワインダ１の張力基準値と張力応答値との入力を受け付けたか否かを判定する。制御装置１４がアンワインダ１の張力基準値と張力応答値との入力を受け付けていない場合、制御装置１４は、ステップＳ１の動作を繰り返す。制御装置１４がアンワインダ１の張力基準値と張力応答値との入力を受け付けた場合、制御装置１４は、ステップＳ２の動作を行う。   In step S1, the control device 14 determines whether or not the input of the tension reference value and the tension response value of the unwinder 1 has been received. When the control device 14 has not received the input of the tension reference value and the tension response value of the unwinder 1, the control device 14 repeats the operation of step S1. When the control device 14 receives the input of the tension reference value and the tension response value of the unwinder 1, the control device 14 performs the operation of step S2.

ステップＳ２では、制御装置１４は、アンワインダ１の張力基準値と張力応答値との偏差にＰＩ制御を行うことによりアンワインダ１のトルク基準値の候補を算出する。その後、制御装置１４は、ステップＳ３の動作を行う。   In step S <b> 2, the control device 14 calculates candidates for the torque reference value of the unwinder 1 by performing PI control on the deviation between the tension reference value of the unwinder 1 and the tension response value. Thereafter, the control device 14 performs the operation of step S3.

ステップＳ３では、制御装置１４は、アンワインダ１に巻き付けられたシート材１５の偏心による周期的な外乱トルクの周波数に対応した共振周波数を持つ正弦波伝達関数において当該偏差を入力とした補償値を算出する。その後、制御装置１４は、ステップＳ４の動作を行う。   In step S3, the control device 14 calculates a compensation value using the deviation as an input in a sine wave transfer function having a resonance frequency corresponding to the frequency of the periodic disturbance torque due to the eccentricity of the sheet material 15 wound around the unwinder 1. To do. Thereafter, the control device 14 performs the operation of step S4.

ステップＳ４では、制御装置１４は、ＰＩ制御器１４ａにより算出されたアンワインダ１のトルク基準値の候補に当該補償値を加算することによりアンワインダ１のトルク基準値とする。その後、制御装置１４は、動作を終了する。   In step S4, the control device 14 sets the torque reference value of the unwinder 1 by adding the compensation value to the torque reference value candidate of the unwinder 1 calculated by the PI controller 14a. Thereafter, the control device 14 ends the operation.

以上で説明した実施の形態１によれば、アンワインダ１のトルク基準値は、ＰＩ制御器１４ａにより算出されたアンワインダ１のトルク基準値の候補に補償値を加算することで算出される。このため、シート材１５に作用する張力を一定に保持することができる。   According to the first embodiment described above, the torque reference value of the unwinder 1 is calculated by adding the compensation value to the torque reference value candidate of the unwinder 1 calculated by the PI controller 14a. For this reason, the tension acting on the sheet material 15 can be kept constant.

次に、図７を用いて、制御装置１４の例を説明する。
図７はこの発明の実施の形態１におけるアンワインダの制御装置のハードウェア構成図である。Next, an example of the control device 14 will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a hardware configuration diagram of the unwinder control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

制御装置１４の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１６ａと少なくとも１つのメモリ１６ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア１７を備える。   Each function of the control device 14 can be realized by a processing circuit. For example, the processing circuit includes at least one processor 16a and at least one memory 16b. For example, the processing circuit comprises at least one dedicated hardware 17.

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１６ａと少なくとも１つのメモリ１６ｂとを備える場合、制御装置１４の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１６ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ１６ａは、少なくとも１つのメモリ１６ｂ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り、制御装置１４の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１６ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１６ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。   When the processing circuit includes at least one processor 16a and at least one memory 16b, each function of the control device 14 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. At least one of software and firmware is described as a program. At least one of software and firmware is stored in at least one memory 16b. At least one processor 16a implements each function of the control device 14 by reading and executing a program stored in at least one memory 16b. The at least one processor 16a is also referred to as a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, and a DSP. For example, the at least one memory 16b is a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, or EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like.

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア１７を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。例えば、制御装置１４の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、制御装置１４の各機能は、まとめて処理回路で実現される。   If the processing circuit comprises at least one dedicated hardware 17, the processing circuit is implemented, for example, as a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof. The For example, each function of the control device 14 is realized by a processing circuit. For example, each function of the control device 14 is collectively realized by a processing circuit.

制御装置１４の各機能について、一部を専用のハードウェア１７で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、ＰＩ制御器１４ａの機能については専用のハードウェア１７としての処理回路で実現し、ＰＩ制御器１４ａ以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ１６ａが少なくとも１つのメモリ１６ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。   About each function of the control apparatus 14, a part is implement | achieved by the hardware 17 for exclusive use, and another part may be implement | achieved by software or firmware. For example, the functions of the PI controller 14a are realized by a processing circuit as the dedicated hardware 17, and for functions other than the PI controller 14a, at least one processor 16a reads a program stored in at least one memory 16b. It may be realized by executing.

このように、処理回路は、ハードウェア１７、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで制御装置１４の各機能を実現する。   As described above, the processing circuit realizes each function of the control device 14 by hardware 17, software, firmware, or a combination thereof.

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２におけるアンワインダの制御装置による張力制御を説明するためのブロック図である。なお、実施の形態１と同一または相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a block diagram for explaining tension control by the unwinder control device according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as Embodiment 1, or an equivalent part. The description of this part is omitted.

実施の形態２のモデル制御器１４ｂは、調整パラメータαを備える。実施の形態２のモデル制御器１４ｂの伝達関数は、次の（５）式で表される。   The model controller 14b of the second embodiment includes an adjustment parameter α. The transfer function of the model controller 14b of the second embodiment is expressed by the following equation (5).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

次に、図９を用いて、調整パラメータαの決定方法を説明する。
図９はこの発明の実施の形態２におけるアンワインダの制御装置による調整パラメータの決定方法を説明するための図である。Next, a method for determining the adjustment parameter α will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining an adjustment parameter determination method by the unwinder control device according to the second embodiment of the present invention.

図９に示されるように、制御装置１４は、調整パラメータ決定器１４ｃを備える。調整パラメータ決定器１４ｃは、外乱の周波数に対応した回転速度推定値ωｄｉｓ ｅｓｔ（ｒａｄ／ｓ）を外乱の周期Ｔｄｉｓ（ｓ）ごとに算出する。回転速度推定値ωｄｉｓ ｅｓｔ（ｒａｄ／ｓ）は、次の（６）式で表される。As shown in FIG. 9, the control device 14 includes an adjustment parameter determiner 14c. The adjustment parameter determiner 14c calculates the estimated rotational speed value ω dis est (rad / s) corresponding to the disturbance frequency for each disturbance period T dis (s). The estimated rotational speed value ω dis est (rad / s) is expressed by the following equation (6).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

ただし、ｆｄｉｓは、外乱の周波数である。ｆｄｉｓの単位は、１／ｓである。Where f dis is the frequency of the disturbance. The unit of f dis is 1 / s.

調整パラメータ決定器１４ｃは、回転速度推定値ωｄｉｓ ｅｓｔ（ｒａｄ／ｓ）と回転速度応答値ωｕｗ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）との比較結果に基づいてモデル制御器１４ｂの共振周波数が外乱の周波数と一致するように調整パラメータαを外乱の周期Ｔｄｉｓ（ｓ）ごとに更新する。調整パラメータαは、次の（７）式で表される。The adjustment parameter determiner 14c determines that the resonance frequency of the model controller 14b is a disturbance frequency based on the comparison result between the rotational speed estimation value ω dis est (rad / s) and the rotational speed response value ω uw res (rad / s). The adjustment parameter α is updated every disturbance period T dis (s) so as to coincide with. The adjustment parameter α is expressed by the following equation (7).

Figure 2018025326
Figure 2018025326

次に、図１０を用いて、外乱の周期Ｔｄｉｓ（ｓ）の計測を説明する。
図１０はこの発明の実施の形態２におけるアンワインダの制御装置による外乱の周期の計測方法を説明するための図である。図１０の横軸は、時間（ｓ）である。図１０の縦軸は、張力計５からの張力応答値（ｐｕ）またはアンワインダ駆動用モータ６の回転速度を検出する速度計からの回転速度応答値（ｐｕ）である。Next, measurement of the period T dis (s) of the disturbance will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining a disturbance period measuring method by the unwinder control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The horizontal axis of FIG. 10 is time (s). The vertical axis in FIG. 10 represents the tension response value (pu) from the tension meter 5 or the rotational speed response value (pu) from the speed meter that detects the rotational speed of the unwinder driving motor 6.

図１０において、Ｔ１とＴ２とＴ３とは、張力計５からの張力応答値（ｐｕ）または速度計からの回転速度応答値（ｐｕ）における隣接したピークの周期である。In FIG. 10, T 1 , T 2, and T 3 are periods of adjacent peaks in the tension response value (pu) from the tensiometer 5 or the rotational speed response value (pu) from the speedometer.

調整パラメータ決定器１４ｃは、張力計５からの張力応答値（ｐｕ）または速度計からの回転速度応答値（ｐｕ）における隣接したピークの周期を外乱の周期Ｔｄｉｓ（ｓ）として計測する。張力計５からの張力応答値（ｐｕ）または速度計からの回転速度応答値（ｐｕ）にノイズが重畳している場合は、適切な時定数をローパスフィルタによりノイズが抑制される。その後、調整パラメータ決定器１４ｃは、張力計５からの張力応答値（ｐｕ）または速度計からの回転速度応答値（ｐｕ）における隣接したピークの周期を外乱の周期Ｔｄｉｓ（ｓ）として計測する。The adjustment parameter determiner 14c measures the period of the adjacent peak in the tension response value (pu) from the tensiometer 5 or the rotational speed response value (pu) from the speedometer as the disturbance period Tdis (s). When noise is superimposed on the tension response value (pu) from the tensiometer 5 or the rotational speed response value (pu) from the speedometer, the noise is suppressed by a low-pass filter with an appropriate time constant. Thereafter, the adjustment parameter determiner 14c measures the period of the adjacent peak in the tension response value (pu) from the tensiometer 5 or the rotational speed response value (pu) from the speedometer as the disturbance period Tdis (s).

以上で説明した実施の形態２によれば、モデル制御器１４ｂの共振周波数は、調整パラメータαにより調整される。このため、シート材１５に作用する張力をより確実に一定に保持することができる。   According to the second embodiment described above, the resonance frequency of the model controller 14b is adjusted by the adjustment parameter α. For this reason, the tension acting on the sheet material 15 can be more reliably maintained constant.

また、調整パラメータαは、張力計５からの張力応答値（ｐｕ）または速度計からの回転速度応答値（ｐｕ）に基づいてリアルタイムで調整される。このため、調整パラメータαを容易に調整することができる。   The adjustment parameter α is adjusted in real time based on the tension response value (pu) from the tension meter 5 or the rotational speed response value (pu) from the speedometer. Therefore, the adjustment parameter α can be easily adjusted.

以上のように、この発明に係るアンワインダの制御装置は、シート材に作用する張力を一定に保持するシステムに利用できる。   As described above, the control device for an unwinder according to the present invention can be used for a system that maintains a constant tension acting on a sheet material.

１ アンワインダ、 ２ 中間ロール、 ３ スリッタ、 ４ ワインダ、 ５ 張力計、 ６ アンワインダ駆動用モータ、 ７ 中間ロール駆動用モータ、 ８ スリッタ駆動用モータ、 ９ ワインダ駆動用モータ、 １０ アンワインダ駆動用ドライブ装置、 １１ 中間ロール駆動用ドライブ装置、 １２ スリッタ駆動用ドライブ装置、 １３ ワインダ駆動用ドライブ装置、 １４ 制御装置、 １４ａ ＰＩ制御器、 １４ｂ モデル制御器、 １４ｃ 調整パラメータ決定器、 １５ シート材、 １６ａ プロセッサ、 １６ｂ メモリ、 １７ ハードウェア   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unwinder, 2 Intermediate roll, 3 Slitter, 4 Winder, 5 Tension meter, 6 Unwinder drive motor, 7 Intermediate roll drive motor, 8 Slitter drive motor, 9 Winder drive motor, 10 Unwinder drive device, 11 Drive device for intermediate roll drive, drive device for 12 slitter drive, drive device for 13 winder drive, 14 control device, 14a PI controller, 14b model controller, 14c adjustment parameter determiner, 15 sheet material, 16a processor, 16b memory , 17 hardware

Claims (4)

シート材を巻き戻すアンワインダとシート材を巻き取るワインダとを備えたワインダ設備において、前記アンワインダの張力基準値と張力応答値との偏差の入力を受け付け、当該偏差にＰＩ制御を行うことにより前記アンワインダのトルク基準値の候補を算出するＰＩ制御器と、
前記アンワインダの張力基準値と張力応答値との偏差の入力を受け付け、前記アンワインダに巻き付けられたシート材の偏心による周期的な外乱の周波数に対応した共振周波数を持つ正弦波伝達関数において当該偏差を入力とした補償値を算出し、前記ＰＩ制御器により算出された前記アンワインダのトルク基準値の候補に当該補償値を加算することで前記アンワインダのトルク基準値とするモデル制御器と、
を備えたアンワインダの制御装置。In a winder facility comprising an unwinder for rewinding a sheet material and a winder for winding a sheet material, an input of a deviation between a tension reference value and a tension response value of the unwinder is received, and PI control is performed on the deviation to perform the unwinder. A PI controller for calculating a candidate torque reference value of
An input of a deviation between a tension reference value and a tension response value of the unwinder is received, and the deviation is calculated in a sine wave transfer function having a resonance frequency corresponding to a frequency of a periodic disturbance due to an eccentricity of a sheet material wound around the unwinder. A model controller that calculates an input compensation value and adds the compensation value to the unwinder torque reference value candidate calculated by the PI controller, thereby obtaining the unwinder torque reference value;
Unwinder control device with 前記モデル制御器は、前記正弦波伝達関数において共振周波数の調整パラメータを備え、当該調整パラメータを調整することにより周期的な外乱の周波数に共振周波数を一致させる請求項１に記載のアンワインダの制御装置。   2. The unwinder control device according to claim 1, wherein the model controller includes a resonance frequency adjustment parameter in the sine wave transfer function, and adjusts the adjustment parameter to match the resonance frequency with a periodic disturbance frequency. 3. . 前記モデル制御器は、シート材の張力を検出する張力計からの張力応答値に基づいて当該調整パラメータを調整することにより周期的な外乱の周波数に共振周波数を一致させる請求項２に記載のアンワインダの制御装置。   3. The unwinder according to claim 2, wherein the model controller adjusts the adjustment parameter based on a tension response value from a tensiometer that detects the tension of the sheet material, thereby matching the resonance frequency with the frequency of the periodic disturbance. Control device. 前記モデル制御器は、前記アンワインダを回転させるアンワインダ駆動用モータの回転速度を検出する速度計からの回転速度応答値に基づいて当該調整パラメータを調整することにより周期的な外乱の周波数に共振周波数を一致させる請求項２に記載のアンワインダの制御装置。   The model controller adjusts the resonance parameter to a periodic disturbance frequency by adjusting the adjustment parameter based on a rotation speed response value from a speedometer that detects a rotation speed of an unwinder driving motor that rotates the unwinder. The unwinder control device according to claim 2, wherein the unwinders are matched.
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