CN109573700B - 张力控制方法及张力控制*** - Google Patents

Abstract

本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种张力控制方法及张力控制***。发明方法包括以下步骤：设置电子齿轮模块的初始卷径比，并启动主轴和从轴运转；主轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数，并将计数值发送给所述从轴，所述从轴根据收到的脉冲数做跟随运转；当所述从轴转动一周时，重新计算所述卷径比；位置闭环模块计算控制速度值并发送给速度闭环模块；所述速度闭环模块对所述控制速度值进行调节后发送给扭矩闭环模块；所述扭矩闭环模块计算扭矩值并发送给所述从轴电机进行张力的控制；重复上述步骤，实现张力的持续控制。本发明的方法具有张力波动小、响应速度快、精度高、小张力效果好等特点，有效提高了张力控制的稳定性和精准性。

Description

张力控制方法及张力控制***

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种张力控制方法及张力控制***。

背景技术

张力控制,指的是对在两个加工设备之间作连续运动或静止的被加工材料所受的张力进行自动控制的技术。这种技术要求原料在设备上被输送的过程中，其伸展程度能够控制在一定范围内，即设备在任何运行速度下都必须保持有效，包括设备的加速、减速和匀速状态；即使在运行的过程中发生紧急停止，也应有能力保证被输送原料不受损。因此，张力控制的稳定性与产品的质量有着直接的关系。若张力不足,原料在输送的过程中容易产生漂移,会出现分切复卷后的成品纸起皱等现象；若张力过大,则原料容易被拉断受损,使成品的合格率降低，加大原料的损耗和生产投入。

目前，市场上张力控制方案大致有三种：第一种是磁粉离合器+张力控制器，其优点在于控制方式简单，方便，相对较为稳定成熟，但是该技术的缺点在于价格高，寿命短，且面向对象单一，拓展性和开发性较差，此外，设备每隔一段时间就要换磁粉，生产周期短；第二种是变频器+异步电机，其优点在于维护简单方便，开发周期短，但是该技术的缺点在于电机的响应速度慢，在主轴做加减速运动时，***的张力波动特别大，稳定性差；第三种是采用伺服驱动器+伺服电机构成的力矩开环控制模式，该技术的缺点在于开环控制的响应速度慢，在加减速时容易出现松料/拉料等现象，张力波动大；目前市场上的这三种方案效果都不是很理想。

发明内容

本发明的目的之一在于克服以上缺点，减少张力控制时产生的波动、提升张力控制的精度和响应速度、增强小张力控制效果，提高张力控制的稳定性和精准性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种张力控制方法，包括以下步骤：

步骤1、测量主轴以及从轴的初始卷径值，设置电子齿轮模块的初始卷径比参数，并启动主轴和从轴运转；所述电子齿轮模块用于在所述主轴和所述从轴运转过程中计算更新卷径比参数；所述卷径比为从轴卷径值与主轴卷径值的比值；

步骤2、所述主轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数，并将计数值发送给位置闭环模块，所述位置闭环模块根据计数值以及所述初始卷径比参数计算出所述从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机，从轴电机根据收到的脉冲数控制从轴做跟随运转；

步骤3、所述从轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数并反馈给所述位置闭环模块，所述位置闭环模块将所述主轴编码器反馈的脉冲数以及所述从轴编码器反馈的脉冲数发送给电子齿轮模块，当所述从轴每转动一周时，所述电子齿轮模块根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数；

步骤4、位置闭环模块根据主轴编码器反馈的脉冲数、从轴编码器反馈的脉冲数以及当前卷径比参数计算所述从轴的控制速度值并发送给速度闭环模块；

步骤5、所述速度闭环模块对所述从轴的控制速度值进行PID调节后发送给扭矩闭环模块；

步骤6、所述扭矩闭环模块根据进行PID调节后的从轴控制速度值计算从轴扭矩值并发送给所述从轴电机，所述从轴电机根据所述扭矩值调节扭矩，进行张力的控制；

步骤7、重复上述步骤3至步骤6，实现张力的持续控制。

本发明的技术方案，通过在运转过程中，实时计算主轴和从轴的卷径值，并转为卷径比进行动态调整，可加强主从轴的跟随性和稳定性，从而保证主从轴间的张力稳定。

进一步地，步骤3所述“所述电子齿轮模块根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数”，包括以下步骤：

步骤31、卷径计算模块根据主轴编码器反馈的脉冲数计算所述主轴的当前卷径值；

步骤32、卷径滤波模块对所述主轴的当前卷径值进行卷径滤波处理；

步骤33、PID模块对卷径滤波处理后的所述主轴的当前卷径值进行PID补偿；

步骤34、卷径计算模块根据从轴编码器反馈的脉冲数计算所述从轴的当前卷径值；

步骤35、所述电子齿轮模块根据从轴的当前卷径值以及进行PID补偿后的主轴的当前卷径值计算当前卷径比参数。

本发明的技术方案，通过对测量的主轴卷径进行滤波、PID计算补偿操作，可使卷径比更为稳定，张力波动更小。

进一步地，步骤33所述“PID模块对卷径滤波处理后的所述主轴的当前卷径值进行PID补偿”，包括以下步骤：

步骤331、外部张力传感器测量被输送材料松紧程度并转换为模拟量发送给PID模块；

步骤332、根据所述模拟量,PID模块计算出补偿值，并将所述补偿值补偿给所述主轴卷径值。

进一步地，所述外部张力传感器为气缸浮辊式张力传感器或电位器浮辊式张力传感器。

进一步地，所述“外部张力传感器测量材料松紧程度并转换为模拟量”，具体为：

所述外部张力传感器通过多通道的方式采集多个模拟量，将多个模拟量进行计算，再经过滤波处理后，得到最终的模拟量。

本发明的技术方案，通过采集多个通道采集外部张力传感器的模拟量，可得到稳定的模拟量，使得控制更为稳定可靠。

进一步地，步骤4所述“位置闭环模块根据主轴编码器反馈的脉冲数、从轴编码器反馈的脉冲数以及当前卷径比参数计算所述从轴的控制速度值并发送给速度闭环模块”，包括以下步骤：

步骤41、所述位置闭环模块计算所述主轴编码器反馈的脉冲增量值，并根据当前卷径比参数进行换算成主轴实际的脉冲增量；

步骤42、所述位置闭环模块根据所述从轴的编码器计数值计算从轴的反馈脉冲增量，并计算与所述主轴实际的脉冲增量的差值；

步骤43、所述PID模块对所述差值进行PID调节；

步骤44、层厚补偿模块对所述PID调节后的差值进行前馈的补偿处理；

步骤45、所述位置闭环模块根据所述层厚补偿模块补偿处理后的所述差值计算出所述从轴的控制速度值；

步骤46、所述位置闭环模块将所述从轴的控制速度值发送给所述速度闭环模块。

进一步地，步骤5所述“所述速度闭环模块对所述从轴的控制速度值进行调节后发送给扭矩闭环模块”，包括以下步骤：

步骤51、所述速度闭环模块计算所述从轴的控制速度值与从轴电机反馈速度值的速度差值；

步骤52、所述PID模块对所述速度差值进行PID调节；

步骤53、所述速度闭环模块将PID调节后的所述速度差值发送给扭矩闭环模块。

进一步地，步骤6所述“所述扭矩闭环模块根据进行PID调节后的从轴控制速度值计算从轴扭矩值并发送给所述从轴电机”，包括以下步骤：

步骤61、所述扭矩闭环模块将所述速度差值转换为扭矩值；

步骤62、所述扭矩闭环模块计算所述扭矩值与扭矩闭环反馈值的扭矩差值；

步骤63、所述PID模块对所述扭矩差值进行PID调节；

步骤64、所述扭矩闭环模块将PID调节后的所述扭矩差值发送给所述从轴的电机进行扭矩的控制。

相应地，本发明还提供了一种张力控制***，包含卷径计算模块、卷径滤波模块、PID模块、电子齿轮模块、位置闭环模块、层厚补偿模块、速度闭环模块、及扭矩闭环模块，其中，

卷径计算模块，用于根据主轴编码器反馈的脉冲数计算所述主轴的当前卷径值；用于根据从轴编码器反馈的脉冲数计算所述从轴的当前卷径值；

卷径滤波模块，用于对所述卷径计算模块计算出的主轴卷径值进行滤波处理；

PID模块，用于对所述卷径滤波处理后的主轴卷径值进行PID补偿处理；用于对位置闭环模块中的脉冲增量差值进行PID调节处理；用于对速度闭环模块中的速度差值进行PID调节处理；用于对扭矩闭环模块中的扭矩差值进行PID调节处理；

电子齿轮模块，用于根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数；

位置闭环模块，用于根据主轴的输入脉冲计数值以及所述初始卷径比参数计算出所述从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机；用于计算所述主轴编码器反馈的脉冲增量值，并根据当前卷径比参数进行换算成主轴实际的脉冲增量；用于根据所述从轴的编码器计数值计算从轴的反馈脉冲增量，并计算与所述主轴实际的脉冲增量的差值；用于根据所述层厚补偿模块补偿处理后的所述差值计算出所述从轴的控制速度值；用于将所述从轴的控制速度值发送给所述速度闭环模块。

层厚补偿模块，用于对位置闭环中的脉冲增量的差值进行前馈的补偿处理；

速度闭环模块，用于计算所述从轴的控制速度值与从轴电机反馈速度值的速度差值，并将PID调节后的所述速度差值发送给扭矩闭环模块；

扭矩闭环模块，用于将所述速度差值转换为扭矩值,计算所述扭矩值与扭矩闭环反馈值的扭矩差值，并将PID调节后的所述扭矩差值发送给所述从轴的电机进行扭矩的控制。

综上所述，本发明技术方案的有益效果有:

1.通过在运转过程中，实时计算主轴和从轴的卷径值，并转为卷径比进行动态调整，可加强主从轴的跟随性和稳定性，从而保证主从轴间的张力稳定。

2.通过对测量的主轴卷径进行滤波、PID计算补偿操作，可使卷径比更为稳定，张力波动更小。

3.通过采集多个通道采集外部张力传感器的模拟量，可得到稳定的模拟量，使得控制更为稳定可靠。

本发明技术方案通过上述技术手段提供一种高精度，高响应的张力控制方法，减少张力控制时产生的波动、提升张力控制的精度和响应速度、增强小张力控制效果，提高张力控制的稳定性和精准性。

附图说明

图1是本发明的一种张力控制方法步骤流程图。

图2是本发明的电子齿轮模块重新计算卷径比的步骤流程图。

图3是本发明的PID模块对主轴卷径值进行PID补偿的步骤流程图。

图4是气缸浮辊式张力传感器结构示意图。

图5是电位器浮辊式张力传感器结构示意图。

图6本发明的位置闭环模块计算控制速度值并发送给速度闭环模块的步骤流程图。

图7是本发明的速度闭环模块对控制速度值进行调节后发送给扭矩闭环模块的步骤流程图。

图8是本发明的扭矩闭环模块计算扭矩值发送给从轴电机进行张力的控制的步骤流程图。

图9是本发明实施例的一种张力控制***。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1是本发明一种张力控制方法步骤流程图，包括以下步骤：

步骤1、测量主轴以及从轴的初始卷径值，设置电子齿轮模块的初始卷径比参数，并启动主轴和从轴运转；

张力控制,是指原料在设备上被输送的过程中，其伸展程度能够被持久地控制在一定范围的能力,这种控制要求设备在任何运行速度下都必须保持有效，包括加速、减速和匀速状态。张力控制设备通常都包含一个主轴和一个从轴，原料初始状态卷于主轴上，通过设备的运转，原料由主轴输送至从轴，并随着从轴的转动卷于从轴之上，在传输过程中可对原料进行指定的加工处理满足生产需要，为控制原料传输过程中的伸展程度，通常在主轴和从轴之间设置张力传感器进行测量并控制。

在本发明的技术方案中，设备初始运行之前，需要测量原始主轴和从轴的卷径值，并设置电子齿轮模块的初始卷径比参数。主轴卷径值指的是包含原材料的主轴半径值，从轴卷径值指的是包含原材料的从轴半径值，在初始状态下，通常主轴卷径值是主轴半径值加上材料厚度，从轴卷径值不包括材料厚度，在运行过程中，随着原料的从主轴输送至从轴，主轴卷径值不断变小，从轴卷径值不断变大。初始主从轴的卷径值可以通过直接测量的方式得到，再根据所述主轴和从轴的初始卷径设定初始的电子卷径比＝从轴卷径/主轴卷径；然后启动主轴和从轴。

步骤2、所述主轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数，并将计数值发送给位置闭环模块，所述位置闭环模块根据计数值以及所述初始卷径比参数计算出所述从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机，从轴电机根据收到的脉冲数控制从轴做跟随运转；

在主轴的运转过程中，主轴电机的位置变化会反馈到主轴的编码器中，以反馈脉冲计数值的方式体现主轴电机的转动偏移，这时将主轴编码器接收的反馈脉冲值发送给位置闭环模块，位置闭环模块将反馈脉冲值乘以初始卷径比计算出从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机作为脉冲输入，即可控制从轴电机进行相应的转动，实现跟随运动。

步骤3、所述从轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数并反馈给所述位置闭环模块，所述位置闭环模块将所述主轴编码器反馈的脉冲数以及所述从轴编码器反馈的脉冲数发送给电子齿轮模块，当所述从轴每转动一周时，所述电子齿轮模块根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数；

在本发明实施例中，位置闭环模块除了会接收到主轴编码器发送的反馈脉冲值之外，同样的，从轴的编码器也会得到从轴跟随转动的反馈脉冲数，并发送给位置闭环模块。此时，位置闭环模块会实时地将所述主轴编码器反馈的脉冲数以及所述从轴编码器反馈的脉冲数发送给电子齿轮模块，用于重新计算卷径比参数。通常在从轴上设置有一个接近开关，当从轴每转动一圈时，接近开关就会接收到一个信号，表示从轴完成了一圈的运转，由于此时主轴和从轴的卷径均发生了变化，因此需要触发电子齿轮模块重新计算当前卷径比。如图2是本发明主从轴运转过程中电子齿轮模块重新计算卷径比的步骤流程图，包括以下步骤：

步骤31、卷径计算模块根据主轴编码器反馈的脉冲数计算所述主轴的当前卷径值；

在张力控制设备的运转过程中，主轴的卷径值可以通过公式计算得出，计算公式为：主轴卷径＝主轴编码器反馈脉冲值/2π，这里采用编码器计数值代替周长作为计算量，主轴编码器反馈脉冲值即为从轴转动一周过程中从主轴接收到的脉冲总数值。例如，主轴运转一圈，主轴编码器反馈脉冲累计值是1万个脉冲，而实际测量得到主轴的初始周长是2米；将主轴电机转动过程中编码器的反馈脉冲信号，引到从轴脉冲输入口作为从轴的输入脉冲，若从轴接收到所述的1万脉冲，说明主轴转动了2米的外周长度。卷径计算模块记录当前主轴编码器反馈的脉冲信号累计值，经过上述公式的卷径计算，求得主轴当前的卷径值。

步骤32、卷径滤波模块对所述主轴的当前卷径值进行卷径滤波处理；

将计算出的主轴卷径值，输入卷径滤波模块进行平滑处理，例如，进行常规低通滤波处理，得到处理后的主轴卷径值，目的是使后续的控制和计算更为稳定可靠。

步骤33、PID模块对卷径滤波处理后的所述主轴的当前卷径值进行PID补偿；如图3是本发明PID模块对主轴卷径值进行PID补偿的步骤流程图，包括以下步骤：

步骤331、外部张力传感器测量被输送材料松紧程度并转换为模拟量发送给PID模块；

张力传感器是张力控制过程中，用于测量卷材张力值大小的仪器，在具体的实施例中，本发明所述的外部张力传感器可以为气缸浮辊式张力传感器(如图4所示)或电位器浮辊式张力传感器(如图5所示)。张力传感器是通过对连接在检测辊浮动摆臂上的气缸气压(或电位器)的调节来检测卷料的张力,因此当处于平衡态的***受到较强扰动时,卷料上的张力波动可暂时因浮动辊的偏摆而得到有效缓解，从而使***的张力更为稳定。

同时，本发明所述“外部张力传感器测量材料松紧程度并转换为模拟量”，可以为：外部张力传感器通过多通道的方式采集多个模拟量，将多个模拟量进行比对计算，求得比较准确稳定的模拟量，再经过滤波处理后，得到最终的模拟量。例如，气缸浮辊式张力传感器同时采集两个张力模拟量，取其平均值并滤波处理后作为最终的模拟量，这样可以避免单个模拟量波动导致的数据异常，减小对张力控制精度的影响。

步骤332、根据所述模拟量,PID模块计算出补偿值，并将所述补偿值补偿给所述主轴卷径值。

PID模块，也称为PID控制器，是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，主要用于根据***的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行补偿控制，通常用于需要进行高精度测量控制的***，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。

在本发明实施例中，将外部张力传感器输出的模拟值作为PID模块的输入，PID计算出控制补偿值，再对主轴卷径值进行补偿，补偿后的主轴卷径＝主轴编码器反馈的脉冲信号值/2π+PID补偿值；

步骤34、卷径计算模块根据从轴编码器反馈的脉冲数计算所述从轴的当前卷径值；

在本发明实施例中，从轴除了从主轴接收主轴的脉冲增量值之外，其内部也存在一个内部编码器，用来记录从轴电机转动的反馈脉冲信号值并反馈给位置闭环模块，卷径计算模块根据记录当前从轴编码器反馈的脉冲计数值，减去上一次从轴编码器反馈的脉冲计数值，得到从轴转动一周从轴编码器反馈的脉冲增量值，再通过公式：从轴卷径＝从轴编码器反馈的脉冲增量值/2π，求得从轴当前的卷径值；

步骤35、所述电子齿轮模块根据从轴的当前卷径值以及进行PID补偿后的主轴的当前卷径值计算当前卷径比参数。

由于在主从轴运转过程中，原料的从主轴输送至从轴，主轴卷径值不断变小，从轴卷径值不断变大，因此当前电子卷径比也在不断变化，需要重新计算电子卷径比，计算公式为：电子卷径比＝从轴卷径/补偿后的主轴卷径；

步骤4、位置闭环模块根据主轴编码器反馈的脉冲数、从轴编码器反馈的脉冲数以及当前卷径比参数计算所述从轴的控制速度值并发送给速度闭环模块；

如图6是本发明位置闭环模块计算控制速度值并发送给速度闭环模块的步骤流程图，包括以下步骤：

步骤41、所述位置闭环模块计算所述主轴编码器反馈的脉冲增量值，并根据当前卷径比参数进行换算成主轴实际的脉冲增量；

位置闭环模块先用本次从轴接收到的主轴编码器反馈的脉冲值减去上一次从轴接收到的主轴编码器反馈的脉冲值，得到从轴转动一周过程中主轴编码器反馈的脉冲增量值，再用该脉冲增量值乘以重新计算出的电子卷径比，得到主轴实际的脉冲增量，即主轴实际的脉冲增量＝主轴编码器反馈的脉冲信号增量值*当前电子卷径比。

步骤42、所述位置闭环模块根据所述从轴的编码器计数值计算从轴的反馈脉冲增量，并计算与所述主轴实际的脉冲增量的差值；

同时，由于从轴内部编码器在从轴电机转动过程中也会产生反馈脉冲信号，位置闭环模块同时也用本次从轴编码器反馈的脉冲值减去上一次从轴编码器反馈的脉冲值，得到从轴编码器反馈脉冲值的增量，再用从轴编码器反馈脉冲值的增量减去前一步骤得到的主轴实际的脉冲增量，得到两者的差值。

步骤43、所述PID模块对所述差值进行PID调节；

将从轴编码器反馈脉冲值的增量与主轴实际的脉冲增量的差值作为PID模块的输入，由PID模块计算出该差值的调节后的输出值。

步骤44、层厚补偿模块对所述PID调节后的差值进行前馈的补偿处理；

将步骤43中经过PID模块调节之后的差值，在输入层厚补偿模块进行前馈的补偿处理，对所述的差值做前馈补偿处理的目的是加强位置的跟随性，防止接收脉冲和反馈脉冲滞后过大。

步骤45、所述位置闭环模块根据所述层厚补偿模块补偿处理后的所述差值计算出所述从轴的控制速度值；

最后，位置闭环模块将经过层厚补偿模块处理的差值，并根据角位移和角速度的关系，计算出控制速度值。

步骤46、所述位置闭环模块将所述控制速度值发送给所述速度闭环模块。

步骤5、所述速度闭环模块对所述从轴的控制速度值进行PID调节后发送给扭矩闭环模块；如图7是本发明的速度闭环模块对控制速度值进行调节后发送给扭矩闭环模块的步骤流程图，包括以下步骤：

步骤51、所述速度闭环模块计算所述从轴的控制速度值与从轴电机反馈速度值的速度差值；

速度闭环模块将位置闭环模块输入的控制速度值减去从轴电机反馈的当前速度值，得到速度差值。

步骤52、所述PID模块对所述速度差值进行PID调节；

将速度差值输入PID模块进行PID调节处理，得到调节后的输出值。

步骤53、所述速度闭环模块将PID调节后的所述速度差值发送给扭矩闭环模块。

速度闭环模块再将补偿后的速度差值发送给扭矩闭环模块，由扭矩闭环模块进行最终的张力控制。

步骤6、所述扭矩闭环模块根据进行PID调节后的从轴控制速度值计算从轴扭矩值并发送给所述从轴电机，所述从轴电机根据所述扭矩值调节扭矩，进行张力的控制；

如图8是本发明的扭矩闭环模块计算扭矩值发送给所述从轴电机进行张力的控制的步骤流程图，包括以下步骤：

步骤61、所述扭矩闭环模块将所述速度差值转换为扭矩值；

扭矩闭环模块先将速度闭环模块的输入的速度差值转换为电机的扭矩大小。

步骤62、所述扭矩闭环模块计算所述扭矩值与扭矩闭环反馈值的扭矩差值；

扭矩闭环模块再将计算的电机扭矩值和扭矩闭环反馈的扭矩值进行差值计算，其中所述扭矩闭环反馈值是驱动器内部安装在每相的霍尔元件(磁场感应变为电流电压信号)反馈给扭矩环的信号值；

步骤63、所述PID模块对所述扭矩差值进行PID调节；

将扭矩差值输入PID模块进行PID调节处理，得到调节后的输出值。

步骤64、所述扭矩闭环模块将PID调节后的所述扭矩差值发送给所述从轴的电机进行扭矩的控制。

扭矩闭环模块再将补偿后的扭矩差值传输给从轴的电机，电机根据输入的扭矩差值进行扭矩调节，控制材料的松紧程度，完成从轴跟随主轴的运动。

步骤7、重复上述步骤3至步骤6，实现张力的持续控制。

在主从轴不断运转过程中，从轴转动过程中每触发一次接近开关信号，就重复执行上述步骤3至步骤6，重新计算出主轴卷径值，从轴卷径值以及电子卷径比，再根据反馈脉冲信号增量计算出最终控制张力大小的扭矩值，从而实现张力的持续控制。

如图9，是本发明实施例的一种张力控制***，包含卷径计算模块、卷径滤波模块、PID模块、电子齿轮模块、位置闭环模块、层厚补偿模块、速度闭环模块、及扭矩闭环模块，其中，

卷径计算模块，用于根据主轴编码器反馈的脉冲数计算所述主轴的当前卷径值，主轴卷径计算公式为：主轴卷径＝主轴编码器反馈脉冲值/2π；用于根据从轴编码器反馈的脉冲数计算所述从轴的当前卷径值，从轴卷径计算公式为：从轴卷径＝从轴编码器反馈的脉冲信号增量值/2π；

卷径滤波模块，用于对所述卷径计算模块计算出的主轴卷径值进行滤波处理；将计算出的主轴卷径值，输入卷径滤波模块进行平滑处理，例如，进行常规低通滤波处理，得到处理后的主轴卷径值，目的是使后续的控制和计算更为稳定可靠；

PID模块，也称为PID控制器，主要用于根据***的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行补偿控制，通常用于需要进行高精度测量控制的***，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。本发明的技术方案中，PID模块用于对所述卷径滤波处理后的主轴卷径值进行PID补偿处理；用于对位置闭环模块中的脉冲增量差值进行PID调节处理；用于对速度闭环模块中的速度差值进行PID调节处理；用于对扭矩闭环模块中的扭矩差值进行PID调节处理；

电子齿轮模块，用于根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数；计算公式为：电子卷径比＝从轴卷径/补偿后的主轴卷径；

位置闭环模块，用于根据主轴的输入脉冲计数值以及所述初始卷径比参数计算出所述从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机；用于计算所述主轴编码器反馈的脉冲增量值，并根据当前卷径比参数进行换算成主轴实际的脉冲增量；用于根据所述从轴的编码器计数值计算从轴的反馈脉冲增量，并计算与所述主轴实际的脉冲增量的差值；用于根据所述层厚补偿模块补偿处理后的所述差值计算出所述从轴的控制速度值；用于将所述从轴的控制速度值发送给所述速度闭环模块；

层厚补偿模块，用于对位置闭环中的脉冲增量的差值进行前馈的补偿处理；其目的是加强位置的跟随性，防止接收脉冲和反馈脉冲滞后过大；

速度闭环模块，用于计算所述从轴的控制速度值与从轴电机反馈速度值的速度差值，并将PID调节后的所述速度差值发送给扭矩闭环模块；

扭矩闭环模块，用于将所述速度差值转换为扭矩值,计算所述扭矩值与扭矩闭环反馈值的扭矩差值，并将PID调节后的所述扭矩差值发送给所述从轴的电机进行扭矩的控制。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种张力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、测量主轴以及从轴的初始卷径值，设置电子齿轮模块的初始卷径比参数，并启动主轴和从轴运转；所述电子齿轮模块用于在所述主轴和所述从轴运转过程中计算更新卷径比参数；所述卷径比为从轴卷径值与主轴卷径值的比值；

步骤2、所述主轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数，并将计数值发送给位置闭环模块，所述位置闭环模块根据计数值以及所述初始卷径比参数计算出所述从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机，从轴电机根据收到的脉冲数控制从轴做跟随运转；

步骤3、所述从轴的编码器在运转过程中对反馈脉冲进行计数并反馈给所述位置闭环模块，所述位置闭环模块将所述主轴编码器反馈的脉冲数以及所述从轴编码器反馈的脉冲数发送给电子齿轮模块，当所述从轴每转动一周时，所述电子齿轮模块根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数；

步骤4、位置闭环模块根据主轴编码器反馈的脉冲数、从轴编码器反馈的脉冲数以及当前卷径比参数计算所述从轴的控制速度值并发送给速度闭环模块；

步骤5、所述速度闭环模块对所述从轴的控制速度值进行PID调节后发送给扭矩闭环模块；

步骤6、所述扭矩闭环模块根据进行PID调节后的从轴控制速度值计算从轴扭矩值并发送给所述从轴电机，所述从轴电机根据所述扭矩值调节扭矩，进行张力的控制；

步骤7、重复上述步骤3至步骤6，实现张力的持续控制。

2.如权利要求1所述的张力控制方法，其特征在于，步骤3所述“所述电子齿轮模块根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数”，包括以下步骤：

步骤31、卷径计算模块根据主轴编码器反馈的脉冲数计算所述主轴的当前卷径值；

步骤32、卷径滤波模块对所述主轴的当前卷径值进行卷径滤波处理；

步骤33、PID模块对卷径滤波处理后的所述主轴的当前卷径值进行PID补偿；

步骤34、卷径计算模块根据从轴编码器反馈的脉冲数计算所述从轴的当前卷径值；

步骤35、所述电子齿轮模块根据从轴的当前卷径值以及进行PID补偿后的主轴的当前卷径值计算当前卷径比参数。

3.如权利要求2所述的张力控制方法，其特征在于，步骤33所述“PID模块对卷径滤波处理后的所述主轴的当前卷径值进行PID补偿”，包括以下步骤：

步骤331、外部张力传感器测量被输送材料松紧程度并转换为模拟量发送给PID模块；

步骤332、根据所述模拟量,PID模块计算出补偿值，并将所述补偿值补偿给所述主轴卷径值。

4.如权利要求3所述的张力控制方法，其特征在于，所述外部张力传感器为气缸浮辊式张力传感器或电位器浮辊式张力传感器。

5.如权利要求3所述的张力控制方法，其特征在于，所述“外部张力传感器测量材料松紧程度并转换为模拟量”，具体为：

所述外部张力传感器通过多通道的方式采集多个模拟量，将多个模拟量进行计算，再经过滤波处理后，得到最终的模拟量。

6.如权利要求2所述的张力控制方法，其特征在于，步骤4所述“位置闭环模块根据主轴编码器反馈的脉冲数、从轴编码器反馈的脉冲数以及当前卷径比参数计算所述从轴的控制速度值并发送给速度闭环模块”，包括以下步骤：

步骤41、所述位置闭环模块计算所述主轴编码器反馈的脉冲增量值，并根据当前卷径比参数进行换算成主轴实际的脉冲增量；

步骤42、所述位置闭环模块根据所述从轴的编码器计数值计算从轴的反馈脉冲增量，并计算与所述主轴实际的脉冲增量的差值；

步骤43、所述PID模块对所述差值进行PID调节；

步骤44、层厚补偿模块对所述PID调节后的差值进行前馈的补偿处理；

步骤45、所述位置闭环模块根据所述层厚补偿模块补偿处理后的所述差值计算出所述从轴的控制速度值；

步骤46、所述位置闭环模块将所述从轴的控制速度值发送给所述速度闭环模块。

7.如权利要求2所述的张力控制方法，其特征在于，步骤5所述“所述速度闭环模块对所述从轴的控制速度值进行调节后发送给扭矩闭环模块”，包括以下步骤：

步骤51、所述速度闭环模块计算所述从轴的控制速度值与从轴电机反馈速度值的速度差值；

步骤52、所述PID模块对所述速度差值进行PID调节；

步骤53、所述速度闭环模块将PID调节后的所述速度差值发送给扭矩闭环模块。

8.如权利要求7所述的张力控制方法，其特征在于，步骤6所述“所述扭矩闭环模块根据进行PID调节后的从轴控制速度值计算从轴扭矩值并发送给所述从轴电机”，包括以下步骤：

步骤61、所述扭矩闭环模块将所述速度差值转换为扭矩值；

步骤62、所述扭矩闭环模块计算所述扭矩值与扭矩闭环反馈值的扭矩差值；

步骤63、所述PID模块对所述扭矩差值进行PID调节；

步骤64、所述扭矩闭环模块将PID调节后的所述扭矩差值发送给所述从轴的电机进行扭矩的控制。

9.一种张力控制***，其特征在于，包含卷径计算模块、卷径滤波模块、PID模块、电子齿轮模块、位置闭环模块、层厚补偿模块、速度闭环模块、及扭矩闭环模块，其中，

卷径计算模块，用于根据主轴编码器反馈的脉冲数计算所述主轴的当前卷径值；用于根据从轴编码器反馈的脉冲数计算所述从轴的当前卷径值；

卷径滤波模块，用于对所述卷径计算模块计算出的主轴卷径值进行滤波处理；

PID模块，用于对所述卷径滤波处理后的主轴卷径值进行PID补偿处理；用于对位置闭环模块中的脉冲增量差值进行PID调节处理；用于对速度闭环模块中的速度差值进行PID调节处理；用于对扭矩闭环模块中的扭矩差值进行PID调节处理；

电子齿轮模块，用于根据主轴编码器反馈的脉冲数以及从轴编码器反馈的脉冲数重新计算当前卷径比参数；

位置闭环模块，用于根据主轴的输入脉冲计数值以及初始卷径比参数计算出所述从轴跟随运转的脉冲数并发送给从轴电机；用于计算所述主轴编码器反馈的脉冲增量值，并根据当前卷径比参数进行换算成主轴实际的脉冲增量；用于根据所述从轴的编码器计数值计算从轴的反馈脉冲增量，并计算与所述主轴实际的脉冲增量的差值；用于根据所述层厚补偿模块补偿处理后的差值计算出所述从轴的控制速度值；用于将所述从轴的控制速度值发送给所述速度闭环模块；

层厚补偿模块，用于对位置闭环模块中的脉冲增量的差值进行前馈的补偿处理；

速度闭环模块，用于计算所述从轴的控制速度值与从轴电机反馈速度值的速度差值，并将PID调节后的所述速度差值发送给扭矩闭环模块；

扭矩闭环模块，用于将所述速度差值转换为扭矩值,计算所述扭矩值与扭矩闭环反馈值的扭矩差值，并将PID调节后的所述扭矩差值发送给所述从轴的电机进行扭矩的控制。

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