基于气控滑差轴的卷绕张力与转速控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于气控滑差轴的卷绕张力与转速控制方法。现有的控制方法没有对升降速动态过程进行动态补偿控制；二是没有对卷绕惯量进行补偿控制；三是没有对滑差轴的转速进行协调控制而导致滑差轴发热严重、寿命短。本发明专利技术方法首先根据带材厚度与卷绕长度计算卷绕半径及气控滑差轴转速ｎ；然后计算带材输送的动态加速度和气控滑差轴的输入气压；最后将得到的输入气压信号输入到气控滑差轴，气控滑差轴转速信号输入到滑差轴传动电机驱动器，从而实现卷绕张力与转速的协调控制。本发明专利技术方法实现了静、动态卷绕张力的平稳控制与卷绕惯性的补偿控制，降低了气控滑差轴的滑差功耗从而大大提高了气控滑差轴的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业自动化领域，涉及一种用于带材分切机中的基于气控滑差轴的卷 绕张力与转速的控制方法。
技术介绍
气控滑差轴是现代各类带材分切机中关键的新型卷绕部件，其主要由轴体、轴向 皮囊、油毛毡、摩擦滑环组等部件从内到外装配组成，气控滑差轴由电动机传动，通过调节 输入到气控滑差轴内皮囊的气压，改变滑差环与油毛毡间的摩擦力以实现对卷绕在同一根 气控滑差轴上的若干盘卷绕物的张力控制，各盘卷间的带材张力可能因带材厚度不均勻、 初始卷径不一致而导致的各卷绕松紧度不同的问题则靠滑差环进行缓冲平衡，即同轴上 的各滑差环的转速可能不同，以保证同一根滑差轴上彼此独立的多盘卷绕能正常运行。目 前常用的气控滑差轴的卷绕张力控制方法均采用气控滑差轴的进气气压随卷径的增大而 线性增大的方法，其主要的缺点在于一是没有对升降速动态过程进行动态补偿控制；二 是没有对卷绕惯量进行补偿控制；三是没有对滑差轴的转速进行协调控制而导致滑差轴发 热严重、寿命短。因而难以适应高性能卷绕控制、频繁变速等生产场合，也难以延长气控滑 差轴的工作寿命、降低生产设备的维护成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，设计了一种具有静、动态张力平稳控制与 降低气控滑差轴发热、提高其寿命的控制方法。本专利技术方法包括以下步骤步骤a根据带材厚度与卷绕长度计算卷绕半径R (单位m)；步骤b计算气控滑差轴转速η (单位r/s)；dV步骤c计算带材输送的动态加(减)速度γ (单位m/s2)；dt步骤d计算气控滑差轴的输入气压P (单位MPa)；步骤e将得到的输入气压P信号输入到气控滑差轴，气控滑差轴转速η信号输入 到滑差轴传动电机驱动器，从而实现卷绕张力与转速的协调控制。步骤a中所述的卷绕半径R，与带材厚度h (单位m)与卷绕长度L (单位m)之间 具备函数关系R = r (h，L)，由如下公式表示 其中，Rtl为初始卷绕半径，为已知量。随着时间的增长，卷绕长度L也增长，卷绕半 径R也增大；L可通过计长传感器获得。步骤b中所述的计算气控滑差轴转速η，是根据带材输送的线速度V (单位m/s)、 卷绕半径R等参数进行计算，计算公式如下 其中，kn为滑差系数，Δη为初始滑差转速，V和Δη均由用户设定。dV步骤c所述的计算带材输送的动态加(减)速度γ，是根据本次采集的线速度V、 上次采集的线速度V—及两次数据采集的间隔时间T(即采样周期，单位S)进行计算，计 算公式如下 Γ dV V-V~ 步骤d中所述的计算气控滑差轴的输入气压P (单位MPa)，与卷绕张力设定值 F (单位N)、卷绕半径R、卷绕锥度ζ之间具备函数关系P = ρ (F，R，ζ)，由如下公式表示η _ ηdVP = kp (1-z-°-)FR + 0.QlknByRi一 + 0.Olk2nByhRV2 +P0(4)L Rm~R0dtJ其中，kp为气控滑差轴特性决定的气压_力矩系数(即由特定的气控滑差轴的 型号规格决定)，Y为带材密度(单位kg/m3)，h为厚度(单位!!!)，&为初始气压(单位 MPa)，B为每根气控滑差轴上带材的总宽度(单位m) ,IVRm分别为初始卷绕半径与最大卷 绕半径(单位m)，kn为滑差系数，z、R。、Rffl均由用户设定。步骤e中所述的将得到的输入气压P信号输入到气控滑差轴，气控滑差轴转速η 信号输入到滑差轴传动电机驱动器是通过气压控制部件(如电-气比例阀)将用步骤d 的气压计算结果P，输入到气控滑差轴中实现对卷绕张力的控制，将步骤b得到的转速η信 号输入到电机驱动器(如变频器)，控制气控滑差轴传动电动机的转速。本专利技术具有的有益效果(1)不需要改变控制系统的硬件配置；(2)实现了静、动态卷绕张力的平稳控制与卷绕惯性的补偿控制；(3)对气控滑差轴的转速进行了随卷径变化的协调控制，降低了气控滑差轴的滑 差功耗从而大大提高了气控滑差轴的寿命。本专利技术完全解决了现有技术存在的缺陷，并且实现简单容易。具体实施例方式具体步骤为步骤a根据带材厚度与卷绕长度计算卷绕半径R (单位m)；步骤b计算气控滑差轴转速η (单位r/s)；dV步骤c计算带材输送的动态加(减)速度γ (单位m/s2)；at 步骤d计算气控滑差轴的输入气压P (单位MPa)；步骤e将得到的输入气压P信号输入到气控滑差轴，气控滑差轴转速η信号输入 到滑差轴传动电机驱动器，从而实现卷绕张力与转速的协调控制。步骤a中所述的卷绕半径R，与带材厚度h (单位m)与卷绕长度L (单位m)之间 具备函数关系R = r (h，L)，由如下公式表示4其中，Rtj为初始卷绕半径，为已知量。随着时间的增长，卷绕长度L也增长，卷绕半 径R也增大；L可通过计长传感器获得。步骤b中所述的计算气控滑差轴转速η，是根据带材输送的线速度V (单位m/s)、 卷绕半径R等参数进行计算，计算公式如下n = +(2)2nR其中，kn为滑差系数，Δη为初始滑差转速，V和Δη均由用户设定。dV步骤c所述的计算带材输送的动态加(减)速度γ，是根据本次采集的线速度V、dt上次采集的线速度V—及两次数据采集的间隔时间T(即采样周期，单位s)进行计算，计 算公式如下 Γ dV V-V~——=--(3)dt T步骤d中所述的计算气控滑差轴的输入气压P (单位MPa)，与卷绕张力设定值 F (单位N)、卷绕半径R、卷绕锥度ζ之间具备函数关系P = ρ (F，R，ζ)，由如下公式表示 P = kD _ DJT/"(1 -ζ _ 0 )FR + QmknByR3 — + Omk2riByhRV2 R …—Rrtdt+ P0 ⑷vO其中，kp为气控滑差轴特性决定的气压_力矩系数(即由特定的气控滑差轴的 型号规格决定)，Y为带材密度(单位kg/m3)，h为厚度(单位!!!)，&为初始气压(单位 MPa)，B为每根气控滑差轴上带材的总宽度(单位m) ,IVRm分别为初始卷绕半径与最大卷 绕半径(单位m)，V为线速度(单位m/s)，kn为滑差系数，z、R。、Rffl均由用户设定。步骤e中所述的将得到的输入气压P信号输入到气控滑差轴，气控滑差轴转速η 信号输入到滑差轴传动电机驱动器是通过气压控制部件(如电-气比例阀)将用步骤(d) 的气压计算结果P，输入到气控滑差轴中实现对卷绕张力的控制，将步骤(b)得到的转速η 信号输入到电机驱动器(如变频器)，控制气控滑差轴传动电动机的转速。自动化控制系统根据人机操作界面中设置的初始张力值F与锥度值ζ (取值范围 0. 1 0. 9)，最大、最小半径值Rm与Rtl，滑差系数kn(取值范围1. 1 1. 5)，初始滑差转速 Δ n，带材参数(包括带材密度Y，厚度h，带材宽度B)，以及经检测计算获得的实时卷绕 半径R，计算对应的气控滑差轴的进气气压值与气控滑差轴的转速值，进而由自动化控制系 统中调节器或PLC系统的D/A模块发出的控制输入信号(0 10V)，经电-气转换器(如 电-气比例阀)将其转换成0 100%的额定气压输入到气控滑差轴，实现卷绕张力控制； 而气控滑差轴的速度控制信号由自动化控制系统中调节器或RLC系统的D/A模块发出的控 制输入信号，经电机驱动器(如变频器)控制气控滑差轴的传动电动机实现速度的协调控 制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于气控滑差轴的卷绕张力与转速控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤ａ．根据带材厚度ｈ与卷绕长度Ｌ计算卷绕半径Ｒ，Ｒ＝＊＊＊，其中Ｒ↓［０］为初始卷绕半径，Ｌ可通过计长传感器获得；步骤ｂ．计算气控滑差轴转速ｎ，ｎ＝ｋ↓［ｎ］Ｖ／２πＲ＋Δｎ；其中ｋ↓［ｎ］为滑差系数，Δｎ为初始滑差转速，Ｖ和Δｎ均由用户设定；步骤ｃ．计算带材输送的动态加速度ｄＶ／ｄｔ，ｄＶ／ｄｔ＝（Ｖ－Ｖ↑［－］）／Ｔ；其中Ｖ为本次采集的线速度，Ｖ↑［－］为上次采集的线速度，Ｔ为两次数据采集的间隔时间；步骤ｄ．计算气控滑差轴的输入气压Ｐ，Ｐ＝ｋ↓［ｐ］［（１－ｚＲ－Ｒ↓［０］／Ｒ↓［ｍ］－Ｒ↓［０］）ＦＲ＋０．０２ｋ↓［ｎ］ＢγＲ↑［３］ｄＶ／ｄｔ＋０．０１ｋ↓［ｎ］↑［２］ＢγｈＲＶ↑［２］］＋Ｐ↓［０］；其中ｋ↓［ｐ］为气控滑差轴特性决定的气压－力矩系数，ｚ为卷绕锥度，Ｒ↓［０］、Ｒ↓［ｍ］分别为初始卷绕半径与最大卷绕半径，Ｆ为卷绕张力设定值，Ｂ为每根气控滑差轴上带材的总宽度，γ为带材密度，Ｐ↓［０］为初始气压；步骤ｅ．将步骤ｄ得到的输入气压Ｐ信号输入到气控滑差轴，实现对卷绕张力的控制；将步骤ｂ得到气控滑差轴转速ｎ信号输入到滑差轴传动电机驱动器，实现转速的控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德传，卢玲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]