一种分层递阶张力控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了张力控制技术领域的一种分层递阶张力控制方法及系统，旨在解决现有技术中伺服型张力控制系统由于张力与速度之间存在强耦合，无法对系统进行解耦补偿，因而影响了其控制性能的技术问题。所述方法包括如下步骤：获取张力控制系统的实际输出速度V

【技术实现步骤摘要】
一种分层递阶张力控制方法及系统
本专利技术涉及一种分层递阶张力控制方法及系统，属于张力控制

技术介绍
张力控制系统在印刷、造纸、包装等设备中广泛使用。传统的张力控制系统一般采用磁粉制动器和磁粉离合器产生张力，其主要存在两个缺点：一是功耗大，磁粉制动器产生热量大，需要冷却；二是不具备动态调整能力，无法通过控制磁粉制动器实现对张力的动态调整。目前，在该领域内新的研究主要集中在伺服型张力控制系统。与传统的磁粉制动型张力控制器不同，伺服型张力控制器采用交流伺服电机控制开卷机构和收卷机构，收卷交流伺服电机拉动带材，又通过带材拖动开卷伺服电机运行。收卷伺服电机工作于速度控制模式，开卷伺服电机工作于转矩控制模式，通过控制收卷交流伺服电机的速度，可以控制收卷辊处的带材的线速度；通过控制开卷交流伺服电机的转矩可以控制开卷辊处带材的张力。为了保证张力生产线所加工的带材的性能要求，需要在张力生产线的中间位置测量带材的线速度和张力，并对其进行有效的控制。中间位置上带材的张力与开卷交流伺服电机转矩及收卷交流伺服电机的速度都有关，在中间位置上带材的线速度也是与开卷交流伺服电机转矩及收卷交流伺服电机的速度这两个因素相关。由于存在这样的耦合关系，只有先行解耦才能实现对张力和线速度的各自独立分别控制，但是目前。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种分层递阶张力控制方法及系统，以解决现有技术中伺服型张力控制系统由于张力与速度之间存在强耦合，无法对系统进行解耦补偿，因而影响了其控制性能的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种分层递阶张力控制方法，包括如下步骤：获取张力控制系统的实际输出速度VC、实际输出张力FC；基于实际输出线速度VC、实际输出张力FC以及预设的给定量，对张力控制系统的实际输出线速度VC、实际输出张力FC进行解耦控制，获取解耦后的控制信号。进一步地，解耦后的控制信号包括张力控制系统的收卷辊处线速度V1和开卷辊处张力F2；所述解耦控制的方法，包括：求取实际输出线速度VC、实际输出张力FC与预设值的控制偏差；基于控制偏差求取线速度和张力的解耦补偿信号；将解耦补偿信号输入预设的解耦传递函数，获取张力控制系统的收卷辊处线速度V1和开卷辊处张力F2。进一步地，所述解耦传递函数，其计算公式如下：式中，s为复频率，V1(s)为收卷辊处线速度V1的频域象函数，F2(s)为开卷辊处张力F2的频域象函数，H11(S)、H12(S)、H21(S)、H22(S)为解耦传递函数，u1、u2为解耦补偿信号，u1(s)为u1的频域象函数，u2(s)为u2的频域象函数。进一步地，所述控制偏差包括线速度误差和张力误差，其计算公式如下：式中，ef为速度误差，ev为张力误差，为给定量。进一步地，基于控制偏差求取线速度和张力的解耦补偿信号，包括：将速度误差ef和张力误差ev输入PID补偿器中，获取线速度和张力的解耦补偿信号。进一步地，所述张力控制系统为伺服型张力控制系统，所述伺服型张力控制系统包括开卷辊和收卷辊；所述解耦补偿信号，其计算公式如下：式中u1、u2为解耦补偿信号，KP1、TI1、TD1为控制收卷辊处线速度的PID参数，KP2、TI2、TD2为控制开卷辊处张力的PID参数。进一步地，所述收卷辊传动连接有工作于速度控制状态的收卷伺服电机，所述开卷辊传动连接有工作于转矩控制状态的开卷伺服电机，所述收卷伺服电机和开卷伺服电机对应连接有交流伺服驱动器；在获取解耦后的控制信号之后，还包括：将收卷辊处线速度V1输入与收卷伺服电机对应连接的交流伺服驱动器，得出收卷伺服电机的转速控制量；将开卷辊处张力F2输入与开卷伺服电机对应连接的交流伺服驱动器，得出开卷伺服电机的转矩控制量。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种分层递阶张力控制系统，包括张力、线速度解耦层，所述张力、线速度解耦层包括：张力传感器：用于获取张力控制系统的实际输出张力FC；速度传感器：用于获取张力控制系统的实际输出速度VC；解耦子模块：用于基于实际输出线速度VC、实际输出张力FC以及预设的给定量，对张力控制系统的实际输出线速度VC、实际输出张力FC进行解耦控制，获取解耦后的控制信号。进一步地，解耦后的控制信号包括张力控制系统的收卷辊处线速度V1和开卷辊处张力F2；所述解耦控制的方法，包括：求取实际输出线速度VC、实际输出张力FC与预设值的控制偏差，所述控制偏差包括速度误差ef和张力误差ev；所述解耦子模块包括：信号运算单元：用于将速度误差ef和张力误差ev输入PID补偿器中，获取线速度和张力的解耦补偿信号；解耦控制器：用于将解耦补偿信号输入预设的解耦传递函数，获取张力控制系统的收卷辊处线速度V1和开卷辊处张力F2。进一步地，所述张力控制系统为伺服型张力控制系统，所述伺服型张力控制系统包括开卷辊和收卷辊；所述收卷辊传动连接有工作于速度控制状态的收卷伺服电机，所述开卷辊传动连接有工作于转矩控制状态的开卷伺服电机，所述收卷伺服电机和开卷伺服电机对应连接有交流伺服驱动器；所述解耦子模块还包括：卷辊半径解算单元：用于将收卷辊处线速度V1输入与收卷伺服电机对应连接的交流伺服驱动器，得出收卷伺服电机的转速控制量；将开卷辊处张力F2输入与开卷伺服电机对应连接的交流伺服驱动器，得出开卷伺服电机的转矩控制量。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术方法及系统基于预设的给定量对张力控制系统的实际输出速度和实际输出张力进行解耦控制。解耦控制利用分层递阶结构，先将实时获取的实际输出速度和实际输出张力输入耦合传递函数以获取期望输出速度和期望输出张力，再对期望输出速度和期望输出张力与给定量分别求差以获取控制偏差，再将控制偏差输入鲁棒PID控制器中进行PID参数的整定并进行对角矩阵解耦以获取解耦后的控制信号，最后将控制信号输入与开卷交流伺服电机和收卷交流伺服电机对应连接的交流伺服驱动器，从而实现解耦控制的过程。本专利技术方法及系统建立贴近工程实际情况的速度张力模型的机理模型，确定了对角矩阵解耦作为系统的解耦控制，同时利用鲁棒PID控制结构设计调节器，实现速度和张力的解耦控制，控制结构简单，系统稳定性高，工业应用广泛。附图说明图1是本专利技术系统实施例的结构示意图；图2是本专利技术系统实施例的控制结构图；图3是本专利技术系统实施例中解耦子模块的原理结构图；图4是本专利技术方法实施例的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术具体实施方式提供了一种分层递阶张力控制方法及系统，本专利技术方法基于本专利技术系统加以实现。本专利技术方法及系统采用分层递阶结构，建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分层递阶张力控制方法，其特征是，包括如下步骤：/n获取张力控制系统的实际输出速度V

【技术特征摘要】
1.一种分层递阶张力控制方法，其特征是，包括如下步骤：
获取张力控制系统的实际输出速度VC、实际输出张力FC；
基于实际输出线速度VC、实际输出张力FC以及预设的给定量，对张力控制系统的实际输出线速度VC、实际输出张力FC进行解耦控制，获取解耦后的控制信号。


2.根据权利要求1所述的分层递阶张力控制方法，其特征是，解耦后的控制信号包括张力控制系统的收卷辊处线速度V1和开卷辊处张力F2；
所述解耦控制的方法，包括：
求取实际输出线速度VC、实际输出张力FC与预设值的控制偏差；
基于控制偏差求取线速度和张力的解耦补偿信号；
将解耦补偿信号输入预设的解耦传递函数，获取张力控制系统的收卷辊处线速度V1和开卷辊处张力F2。


3.根据权利要求2所述的分层递阶张力控制方法，其特征是，所述解耦传递函数，其计算公式如下：



式中，s为复频率，V1(s)为收卷辊处线速度V1的频域象函数，F2(s)为开卷辊处张力F2的频域象函数，H11(S)、H12(S)、H21(S)、H22(S)为解耦传递函数，u1、u2为解耦补偿信号，u1(s)为u1的频域象函数，u2(s)为u2的频域象函数。


4.根据权利要求2所述的分层递阶张力控制方法，其特征是，所述控制偏差包括线速度误差和张力误差，其计算公式如下：



式中，ef为速度误差，ev为张力误差，为给定量。


5.根据权利要求4所述的分层递阶张力控制方法，其特征是，基于控制偏差求取线速度和张力的解耦补偿信号，包括：
将速度误差ef和张力误差ev输入PID补偿器中，获取线速度和张力的解耦补偿信号。


6.根据权利要求5所述的分层递阶张力控制方法，其特征是，所述张力控制系统为伺服型张力控制系统，所述伺服型张力控制系统包括开卷辊和收卷辊；
所述解耦补偿信号，其计算公式如下：



式中u1、u2为解耦补偿信号，KP1、TI1、TD1为控制收卷辊处线速度的PID参数，KP2、TI2、TD2为控制开卷辊处张力的PID参数。


7.根据权利要求6所述的分层递阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，侯儒伟，汪木兰，王保升，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32