卷绕控制系统摆辊控制的特点及张力控制系统的设计

此一不二

  卷绕控制系统直接摆辊控制的特点如下：  

  1）收卷轴和牵引辊都是驱动辊。  

  2）线速度由牵引辊或主轴决定。  

  3）材料无滑动传输。  

  4）收卷直径可测，若不可测，则必须借助于其他信息计算得出。  

  5）摆辊位置可测。  

  6）收卷电动机控制摆辊位置。  


     




  

  摆辊控制的卷绕控制系统结构如图7.9所示，在牵引辊和收卷轴之间添加一个摆辊，摆银受到卷料张力和摆辊重力的作用，另外，摆辊臂上还受到一个外力/转矩的作用，当三力平衡时，摆辊停在某一个固定位置，如果张力变大，摆辊受到向上的力变大，摆辊就会上升反之，如果张力变小，摆辊就会下降。控制摆辊维持在初始位置，就可以控制卷料张力的恒定。  

  需要注意的是，摆辊臂上所受的外力/转矩可以由任意方式产生，如电动机、液压装置、气动装置或者就是一个简单的机槭重力，但通常是外部装置产生的恒定力，因此它与材料的张力控制无关。  

  张力控制系统的设计  

  摆辊控制是凹版印刷机张力控制中较为常用的一种控制方式，以这种结构为例分析张力控制系统的设计具有典型性意义。  

  开环转矩控制、直接张力控制和摆辊控制都需要测量或计算收卷直径。这是因为卷径会随着收卷过程持续发生变化，而卷径的变化又会影响到收卷电动机的速度、收卷轴负载的转动惯量，进而影响到摆辊控制。卷径的获取通常采用计算的方法，卷径估算如图7.10所示。  

  张力控制的主要目的是实现收卷过程中卷料张力的稳定。在摆辊控制结构中，摆辊位置代表了当前系统中卷料的张力。对摆辊的位置进行PID闭环控制，通过调整电动机速度，纠正位置偏差，就可以调整卷料张力的大小，使其稳定在设定值，从而实现卷料张力控制。摆辊位置控制结构如图7.11所示。  


     




  

  收卷系统运行时，由牵引银速度或主轴速度决定的卷料线速度通常是恒定的。对于收卷轴来说，由于收卷半径随时间变化，若要保持线速度恒定，则收卷轴的设定速度也随时间变化。另外，考虑到收卷轴上转动惯量、收卷轴速度、卷径都在不断地变化，为了保证张力均匀恒定，对应到收卷电动机上，电动机的设定输出转矩也相应按需求不断变化。特别是在加减速过程中，这种变化更为快速。用于保证速度和张力的PID控制器是基于误差控制的，具有滞后性，因此，通过添加一个前馈控制设计来计算当前时刻的收卷轴速度和转矩，可以提高系统响应速度，也使系统运行更加平稳。前馈控制结构如图7.12所示。  


     




  

  收卷控制系统结构主要包含卷径估算、前馈控制、摆辊位置控制、驱动器四个部分，收卷控制系统结构如图7.13所示。  


     




  

  图7.13 收卷控制系统结构