CN108845490A - 一种张力可调的恒张力同步放卷控制*** - Google Patents

一种张力可调的恒张力同步放卷控制*** Download PDF

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    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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Abstract

本发明公开了一种张力可调的恒张力同步放卷控制***，通过PID控制方式进行控制，其特征在于其控制原理基于以下函数方程：Mn＝MPn+MIn+MDnMPn＝KC*(SPn‑PVn)MIn＝KC*TS/TI*(SPn‑PVn)+MXMDn＝KC*TD/TS*((SPn‑PVn)‑(SPn‑1‑PVn‑1))。

Description

一种张力可调的恒张力同步放卷控制***
技术领域
本发明涉及纺织数码印花设备领域，尤其涉及一种张力可调的恒张力同步放卷控制***。
背景技术
在现有的连续高速纺织印花中，包括凹版印花中采用的放卷，一般采用的是浮动辊提供固定张力，再依据浮动辊摆动的角度偏差，调整放卷速度同步于印花速度,而在数码印花领域，还没有根据布料类型和印花工艺需要，实时在线设定放卷张力的控制形式，原来浮动辊提供张力的放卷形式，只能凭经验手动调节浮动辊配重大小，实现放卷张力的改变，实际张力大小无法得知，每次调整的张力也不一致，固放卷无法做到工艺稳定。
随着纺织印花行业的发展，数码印花设备在纺织印花行业应用越来越普及，特别是连续式高速数码纺织机的在印花的应用推广，布料种类越来越多，针对不同的面料，放卷张力都有可能不同，要在保证放卷速度同步于打印速度的前提下，实现放卷张力的可在线实时调整设置，张力控制准确，出现偏差后调整响应迅速，从而避免因张力不匹配或张力不均，引起的布料贴合不平整或大幅度偏移，保证印花前放卷的稳定可靠。
在稳态运行中，传统的***控制采用PID方式进行控制，通过PID控制器调节输出值，使放卷速度和打印速度偏差为零，偏差是设定值(所需工作点)与过程变量(实际工作点)之差。PID控制的原理基于以下方程，输出M(t)是比例项、积分项和微分项的函数：
M(t)＝比例项+积分项+微分项
比例项＝K C*e；
积分项＝K C 0∫t e dt；
微分项＝KC*de/dt；
最后得出：
M(t)＝K C*e+K C 0∫t e dt+Minitial+KC*de/dt
其中：
M(t) 回路输出(时间的函数)，其值为控制伺服电机在时间函数算出来的驱动放卷速度
Kc 回路增益
e 回路偏差(设定值与过程变量之差)
Minitial 回路输出的初始值
de/dt 为回路偏差e对时间的微分
要在数字计算机中执行该控制函数，必须将连续函数量化为偏差值的周期采样，并随后计算输出，数字计算机解决方案所基于的相应方程如下：
M n＝比例项+积分项+微分项
比例项＝K c*e n；
积分项＝K I*1∑n+M initial；
微分项＝KD*(en-en-1)；
最后得出：
M n＝K c*e n+K I*1∑n+M initial+KD*(en-en-1)
其中：
Mn 采样时间n时回路输出的计算值
Kc 回路增益
en 采样时间n时的回路偏差值
en-1 前一回路偏差值(采样时间n-1时)
KI 积分项的比例常量
Minitial 回路输出的初始值
KD 微分项的比例常量
M(t)为时间连续的皮带运算公式,因PLC对实际张力采样是周期的，时间不是连续，固需要在M(t)的基础上，转化为Mn，Mn的值为控制伺服电机在采集时间n函数算出来的驱动放卷速度，目的是优化PLC算法所得出来。
从该公式中可以看出，积分项是从第一次采样到当前采样所有偏差项的函数，微分项是当前采样和前一次采样的函数，而比例项仅是当前采样的函数，在数字计算机中，存储偏差项的所有采样既不实际，也没有必要。
发明内容
本发明公开了一种张力可调的恒张力同步放卷控制***，用以解决现有技术的不足。
为解决上述问题，本发明的技术解决方案是：
一种张力可调的恒张力同步放卷控制***，通过PID控制方式进行控制，其控制原理基于以下函数方程：
Mn＝MPn+MIn+MDn
MPn＝KC*(SPn-PVn)
MIn＝KC*TS/TI*(SPn-PVn)+MX
MDn＝KC*TD/TS*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1))其中：
Mn 采样时间n时回路输出的计算值，其值为控制伺服电机在采集时间n函数算出来的驱动放卷速度；
MPn 采样时间n时回路输出的比例项值，简称比例项；
MIn 采样时间回路输出的积分项值，简称积分项；
MDn 采样时间n时回路输出的微分项值，简称微分项；
KC 回路增益
SPn 采样时间n时设定值的值
PVn 采样时间n时过程变量的值
TS 回路采样时间
TI 积分时间(也称为积分时间或复位)
MX 采样时间n-1时的积分项值(也称为积分和或偏置)
TD 回路的微分周期(也称为微分时间或速率)
SPn-1 采样时间n-1时设定值的值
PVn-1 采样时间n-1时过程变量的值
所述的MDn＝K C*T D/T S*(PV n-1-PV n)。
所述的SPn的值的误差为±2KG。
本发明的有益效果是：本***通过张力传感器，准确检测到当前面料的实际张力，对比设定张力和实际张力数值偏差大小，根据偏差值去控制送布辊速度，令实际张力有效迅速地向设定张力调整，最终实际张力等于设定张力，送布辊速度同步于底带速度，打印持续稳定。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明的***通过PID控制方式进行控制，其控制原理基于以下函数方程：
Mn＝MPn+MIn+MDn
MPn＝KC*(SPn-PVn)
MIn＝KC*TS/TI*(SPn-PVn)+MX
MDn＝KC*TD/TS*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1))
其中：
Mn 采样时间n时回路输出的计算值，其值为控制伺服电机在采集时间n函数算出来的驱动放卷速度；
MPn 采样时间n时回路输出的比例项值，简称比例项；
MIn 采样时间回路输出的积分项值，简称积分项；
MDn 采样时间n时回路输出的微分项值，简称微分项；
KC 回路增益
SPn 采样时间n时设定值的值
PVn 采样时间n时过程变量的值
TS 回路采样时间
TI 积分时间(也称为积分时间或复位)
MX 采样时间n-1时的积分项值(也称为积分和或偏置)
TD 回路的微分周期(也称为微分时间或速率)
SPn-1 采样时间n-1时设定值的值
PVn-1 采样时间n-1时过程变量的值
所述的MDn＝K C*T D/T S*(PV n-1-PV n)。
所述的SPn的值的误差为±2KG。
在实际应用中，比例项MPn是回路增益KC与采样时间n时设定值的值。SPn和采样时间n时过程变量的值PVn的偏差的乘积，其中回路增益KC控制输出计算的灵敏度，偏差是给定采样时间n时的设置值(SPn)与过程变量值(PVn)之差。
积分项MIn和或偏置(MX)是积分项的所有先前值之和，每次计算完MIn后，使用可调整或限定的MIn值更新偏置，偏置的初始值通常设为第一次计算回路输出之前的输出值，积分项MIn还包括几个常数：回路增益KC、回路采样时间TS(PID回路重新计算输出值的周期时间)、积分时间或复位TI(用于控制积分项在输出计算中的影响的时间)
微分项MDn与偏差变化成比例，为避免由于设定值变化而导致微分作用激活引起输出发生阶跃变化或跳变，假定设定值为常数SPn＝SPn-1,这样，将计算过程变量的变化而不是偏差的变化，必须保存过程变量而不是偏差，供下次计算微分项使用,在第一次采样时，PVn-1的值初始化为等于PVn。
回路控制的选择在许多控制***中，可能仅需使用一种或两种回路控制方法,例如，可能只需要使用比例项MPn或积分项NIn控制，可以通过设置常量参数值来选择所需的回路控制类型。如果不需要积分作用(PID计算中没有“I”)，则应为积分时间TI(复位)指定无穷大值INF。即使没有使用积分作用，积分项的值也可能不为零，这是因为积分和MX有初始值。如果不需要微分作用(PID计算中没有“D”)，则应为微分时间(速率)指定值0.0。
如果不需要比例作用(PID计算中没有“P”)，但需要I或ID控制，则应为增益指定值0.0。由于回路增益是计算积分项和微分项的方程中的一个系数，如果将回路增益设置为值0.0，计算积分项和微分项时将对回路增益使用值1.0。
印花机的运行线速度在1m/min—60m/min的调速区间内，放卷工艺要求既要保证放卷线速度与印花机速度同步，也要实现放卷的张力稳定在预设的大小，如直接用上述PID算法，以张力传感器反馈的实时张力为实际过程变量PVn，以设定使用张力为设置值SPn，回路输出M(t)为输出的放卷线速度,当放卷速度大于印花机速度时，实际张力会持续变小，反之变大，于是通过PID运算输出M(t)的控制，在一段时间后，可以使实际张力PVn渐渐接近张力为设置值SPn，当PVn与SPn偏差很小，甚至没有偏差的情况下，放卷速度和印花速度也达到了同步。
然而，在实际运用中，印花机的调速范围比较大(1m/min—60m/min)，为了同步印花机速度，回路输出M(t)会涵盖1m/min—60m/min的输出，那么为了弥补PVn与SPn偏差，经过PID运算后得出的瞬时M(t)值，可能会与印花机当前的实际速度有较大的偏差，我们知道，当印花机与送布速度有偏差时，布的张力就会产生变化，速度差越大，张力变化越剧烈，因此，在送布启动阶段，送布的张力有可能会有反复的剧烈的松紧变化，导致在稳定阶段前的生产工艺得不到有效保证。
为了使回路输出M(t)能更迅速、更稳定地同步印花速度，因此把印花机的实时线速度，取一个较小的调速区间(0.9-1.1倍)作为输出M(t)的运算范围,即Mn，也就是说经过PID运算后驱动的送布辊速度仅仅在印花机的0.9-1.1倍速度下运行，保证了送布速度与印花机速度的同步，另外因为在PID调整的过程中，两者之间的速度差非常小，于是实际张力PVn会稳定并迅速调整到设置张力SPn，达到了工艺要求。
经事实验证，该放卷***可以在同步印花速度范围内(1m/min—60m/min)，把实际张力PVn控制在设置张力SPn±2KG并长时间稳定运行,Mn的值即为控制伺服电机在采集时间n函数算出来的驱动放卷速度，以次放卷速度同时解决送布机构和印花速度的同步性，以及布料张力控制准确稳定性。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种张力可调的恒张力同步放卷控制***，通过PID控制方式进行控制，其特征在于其控制原理基于以下函数方程：
Mn＝MPn+MIn+MDn
MPn＝KC*(SPn-PVn)
MIn＝KC*TS/TI*(SPn-PVn)+MX
MDn＝KC*TD/TS*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1))
其中：
Mn采样时间n时回路输出的计算值，其值为控制伺服电机在采集时间n函数算出来的驱动放卷速度；
MPn采样时间n时回路输出的比例项值，简称比例项；
MIn采样时间回路输出的积分项值，简称积分项；
MDn采样时间n时回路输出的微分项值，简称微分项；
KC回路增益
SPn采样时间n时设定值的值
PVn采样时间n时过程变量的值
TS回路采样时间
TI积分时间(也称为积分时间或复位)
MX采样时间n-1时的积分项值(也称为积分和或偏置)
TD回路的微分周期(也称为微分时间或速率)
SPn-1采样时间n-1时设定值的值
PVn-1采样时间n-1时过程变量的值。
2.根据权利要求1所述的张力可调的恒张力同步放卷控制***，其特征在于：所述的MDn＝KC*TD/TS*(PVn-1-PVn)。
3.根据权利要求1所述的张力可调的恒张力同步放卷控制***，其特征在于：所述的SPn的值的误差为±2KG。
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