JPH07196216A - Tension controlling method - Google Patents
Tension controlling methodInfo
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- JPH07196216A JPH07196216A JP35302393A JP35302393A JPH07196216A JP H07196216 A JPH07196216 A JP H07196216A JP 35302393 A JP35302393 A JP 35302393A JP 35302393 A JP35302393 A JP 35302393A JP H07196216 A JPH07196216 A JP H07196216A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属、紙、フィルム等
の製造・加工設備におけるマルチドライブ制御システム
の中の制御方法における張力制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tension control method in a control method in a multi-drive control system for manufacturing and processing equipment for metal, paper, film and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２は、マルチドライブ制御システムの
一部を示している。ロール７は速度制御、ロール６は張
力制御されている。ここで、張力制御されている部分に
ついて簡単に説明する。ロール６には、減速機８を介し
て電動機１０が連結され、その電動機１０は速度検出器
１７より得た速度検出信号により速度制御される、速度
制御のマイナループを有している。さらに、張力検出器
２０より、制御量であるウェブの張力を検出し、その張
力検出信号２２を使って、張力制御器１６により、張力
制御されている。この張力制御器には、従来ＰＩ（Ｄ）
制御が用いられている。図３は、この従来のＰＩ制御器
を含んだ張力制御系の構成図である。すなわち、張力設
定値１８（以下、張力目標値ｙ* ）が、偏差手段１５に
入力され、張力目標値ｙ* と、制御対象５の張力検出信
号２２（以下、出力ｙ）との偏差ｅ＝ｙ* −ｙを得た
後、この偏差を、｛Ｋp ＋Ｔ／Ｔi （１−Ｚ-1）｝（Ｋ
p ：比例ゲイン、Ｔi ：積分時間、Ｔ：サンプリング周
期、Ｚ-1：遅れ演算子）なる伝達関数を持つＰＩ制御器
２３に入力し、ここでＰＩ調節演算を実行し、その出力
を操作量ｕとして、制御対象５に入力し、出力ｙが、張
力目標値ｙ* に一致するように制御する方法をとってい
た。2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a part of a multi-drive control system. The roll 7 is speed-controlled and the roll 6 is tension-controlled. Here, a portion where the tension is controlled will be briefly described. An electric motor 10 is connected to the roll 6 via a speed reducer 8, and the electric motor 10 has a speed control minor loop whose speed is controlled by a speed detection signal obtained from a speed detector 17. Further, the tension detector 20 detects the tension of the web, which is a controlled variable, and the tension detection signal 22 is used to control the tension by the tension controller 16. This tension controller has a conventional PI (D)
Control is used. FIG. 3 is a block diagram of a tension control system including this conventional PI controller. That is, the tension set value 18 (hereinafter, the target tension value y * ) is input to the deviation means 15, and the deviation e = the target tension value y * from the tension detection signal 22 (hereinafter, output y) of the controlled object 5 = After obtaining y * -y, this deviation is calculated as { Kp + T / Ti (1-Z- 1 )} (K
p : proportional gain, T i : integration time, T: sampling period, Z −1 : delay operator) is input to the PI controller 23, where PI adjustment calculation is executed and its output is manipulated. The quantity u is input to the controlled object 5, and the output y is controlled so as to match the target tension value y * .
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、ＰＩ制御器の制御定数が限界感度法等を用いて一旦
決定されると、そのままその値が固定されてしまうた
め、ウェブの搬送ラインの加減速、ウェブの種類変更等
による制御対象のパラメータ変動及び張力目標値の変更
が生じると、最初に設定した制御定数が適正定数となら
なくなるので、その結果、制御量である張力が適正定数
設定時よりも大きく変動してしまい、製品の仕上りを劣
化させてしまうという問題点があった。そこで、本発明
は、上記のようなパラメータ変動、張力目標値の変更に
よって、張力制御性能が劣化してしまうのを、自動的に
張力制御器の制御定数を適正に保つことによって抑制
し、張力制御性能を大きく改善する制御手法を提供する
ことを目的とする。However, in the prior art, once the control constant of the PI controller is determined by using the limit sensitivity method or the like, the value is fixed as it is. When the parameter of the controlled object changes and the target tension value changes due to acceleration / deceleration, web type change, etc., the initially set control constant will not be the proper constant.As a result, the tension, which is the controlled variable, will be set to the proper constant. There is a problem that the product quality is changed more greatly than the time and the finish of the product is deteriorated. Therefore, the present invention automatically suppresses the deterioration of the tension control performance due to the above-mentioned parameter fluctuation and the change of the tension target value by automatically maintaining the control constant of the tension controller appropriately, It is an object of the present invention to provide a control method that greatly improves control performance.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、制御対象のパラメータ変動を入力ゲインｂ0 と、入
力外乱βの２つのパラメータの変動とみなし、この２つ
のパラメータを張力目標値ｙ* と、出力ｙ間の誤差を評
価してロバスト適応パラメータ調整則を用いて、常に変
化する制御対象に対して、適正制御定数となるように速
やかに自動調節することにより、制御対象への操作量を
決定するものである。In order to solve the above problems, the parameter fluctuation of the controlled object is regarded as the fluctuation of two parameters of the input gain b 0 and the input disturbance β, and these two parameters are set to the target tension value y *. And the error between the outputs y is evaluated, and the robust adaptive parameter adjustment rule is used to quickly and automatically adjust the control target that is constantly changing to an appropriate control constant. Is to determine.
【０００５】[0005]
【作用】上記手段により、上記パラメータ変動が生じた
場合でも、張力目標値ｙ* と、出力ｙ間の誤差が０とな
るように、入力ゲインｂ0 と、入力外乱βの２つのパラ
メータが速やかに適正制御定数に自動調節されるので、
張力の変動を小さく抑えることができ、また張力目標値
変更についても、張力目標値と出力間の誤差を評価し
て、前記パラメータ調整が行われるので、良好な追従特
性を得ることができる。By the above means, the two parameters of the input gain b 0 and the input disturbance β are promptly adjusted so that the error between the target tension value y * and the output y becomes 0 even if the above-mentioned parameter variation occurs. Since it is automatically adjusted to the appropriate control constant,
The fluctuation of the tension can be suppressed to a small level, and when the target tension value is changed, the error between the target tension value and the output is evaluated and the parameter adjustment is performed, so that a good tracking characteristic can be obtained.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図１に示して
説明する。図１は請求項に係わるロバスト適応パラメー
タ調整則を用いた適応制御手法による張力制御方法を示
す構成図である。張力制御器を除いたウェブ張力発生部
とドライブ制御装置の速度制御部までを制御対象と考え
ると、その伝達関数Ｇ（ｓ）は、２次系の標準型として
（１）式で表される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A concrete embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a tension control method by an adaptive control method using a robust adaptive parameter adjustment rule according to the claims. Considering the web tension generator excluding the tension controller and the speed controller of the drive controller as control objects, the transfer function G (s) thereof is expressed by the equation (1) as a standard type of the quadratic system. .
【０００７】[0007]
【数１】 [Equation 1]
【０００８】図２の張力制御器１６は、通常、マイクロ
プロセッサを使用して離散時間にて設計するので、
（１）式を離散化すると（２）式のようになる。この
（２）式に基づいて張力制御器は設計される。 （１−Ｚ-1）2 ｙ（ｋ）＝Ｚ-2（１＋Ｚ-1）｛ｂ0 ｕ（ｋ）＋ｆ｝（２） ここで、入力ゲインｂ0 と、入力外乱ｆは未知・変動パ
ラメータであり、制御対象のパラメータ変動及び外乱を
含んでいる。制御目的を（３）式とする。 Ｄ（Ｚ-1）｛ｙ（ｋ＋２）−ｙ* （ｋ＋２）｝＝０ （３） ここでＤ（Ｚ-1）は、図１に示すように｛Ｄ（Ｚ-1）／
Ｂ（１）｝の出力以降の閉ループ系の特性を示す、設計
者の与える漸定安定な多項式である。また、Since the tension controller 16 of FIG. 2 is usually designed in discrete time using a microprocessor,
When equation (1) is discretized, equation (2) is obtained. The tension controller is designed based on the equation (2). (1-Z −1 ) 2 y (k) = Z −2 (1 + Z −1 ) {b 0 u (k) + f} (2) Here, the input gain b 0 and the input disturbance f are unknown / variable parameters. And includes parameter fluctuations and disturbances of the controlled object. The purpose of control is Equation (3). D (Z −1 ) {y (k + 2) −y * (k + 2)} = 0 (3) Here, D (Z −1 ) is {D (Z −1 ) / as shown in FIG.
It is a gradual stable polynomial given by the designer showing the characteristics of the closed loop system after the output of B (1)}. Also,
【０００９】[0009]
【数２】 [Equation 2]
【００１０】は、後に定義する修正された張力目標値で
ある。さらに、次のＤｉｏｐｈａｎｔｉｎｅ方程式を設
定する。 Ｄ（Ｚ-1）＝Ａ（Ｚ-1）Ｓ（Ｚ-1）＋Ｚ-2Ｂ（Ｚ-1）Ｒ（Ｚ-1）（４） 但し、Ａ（Ｚ-1）＝（１−Ｚ-1）2 、Ｂ（Ｚ-1）＝１＋
Ｚ-1である。Ｄ（Ｚ-1）、Ａ（Ｚ-1）、Ｂ（Ｚ-1）は既
知であるので、（４）式中のＳ（Ｚ-1）、Ｒ（Ｚ-1）は
一意に決定できる。（４）式の両辺にｙ（ｋ）をかけ、
（２）式を用いると、（５）式を得る。 Ｄ（Ｚ-1）ｙ（ｋ）＝Ｓ（Ｚ-1）Ｚ-2Ｂ（Ｚ-1）｛ｂ0 ｕ（ｋ）＋ｆ｝ ＋Ｚ-2Ｂ（Ｚ-1）Ｒ（Ｚ-1）ｙ（ｋ） （５） 修正された張力目標値Is a modified tension target value defined later. Further, the following Diophantine equation is set. D (Z -1 ) = A (Z -1 ) S (Z -1 ) + Z -2 B (Z -1 ) R (Z -1 ) (4) where A (Z -1 ) = (1-Z -1 ) 2 , B (Z -1 ) = 1 +
Z -1 . Since D (Z -1 ), A (Z -1 ), and B (Z -1 ) are known, S (Z -1 ) and R (Z -1 ) in the equation (4) can be uniquely determined. . Multiplying both sides of equation (4) by y (k),
By using the equation (2), the equation (5) is obtained. D (Z -1 ) y (k) = S (Z -1 ) Z -2 B (Z -1 ) {b 0 u (k) + f} + Z -2 B (Z -1 ) R (Z -1 ) y (k) (5) Corrected tension target value
【００１１】[0011]
【数３】 [Equation 3]
【００１２】は、設備の操業条件により外部から与えら
れる張力目標値をｙ* （ｋ）とおくと、If y * (k) is a target tension value given from the outside depending on the operating condition of the equipment,
【００１３】[0013]
【数４】 [Equation 4]
【００１４】と定義される。これは、ｙ* （ｋ）が一定
値のときIs defined as This is when y * (k) is a constant value
【００１５】[0015]
【数５】 [Equation 5]
【００１６】となる。（５）式を（３）式に代入し、
（６）式を用いてｕ（ｋ）について解くと（８）式を得
る。[0016] Substituting equation (5) into equation (3),
Solving for u (k) using equation (6) yields equation (8).
【００１７】[0017]
【数６】 [Equation 6]
【００１８】ここで、β＝Ｓ（Ｚ-1）ｆで、１サンプリ
ング周期内においては、一定値と考える。実際には、ｂ
0 、βは未知（可調整）パラメータであるので、Here, β = S (Z −1 ) f, which is considered to be a constant value within one sampling period. In fact, b
Since 0 and β are unknown (adjustable) parameters,
【００１９】[0019]
【数７】 [Equation 7]
【００２０】とおき、実際の入力ｕ（ｋ）は（９）式と
なる。By the way, the actual input u (k) is given by the equation (9).
【００２１】[0021]
【数８】 [Equation 8]
【００２２】（２）式の離散時間数学モデルには、モデ
ル化誤差が含まれており、従来用いられている適応パラ
メータ調整則では、良好な制御性能は期待できない。そ
こで、ロバスト適応のパラメータ調整則として知られて
いるσ一修正法を用いる。以下にσ一修正法のアルゴリ
ズムを示す。A modeling error is included in the discrete-time mathematical model of the equation (2), and good control performance cannot be expected by the conventionally used adaptive parameter adjustment rule. Therefore, the σ-correction method known as a robust adaptive parameter adjustment rule is used. The algorithm of the σ-correction method is shown below.
【００２３】[0023]
【数９】 [Equation 9]
【００２４】但し、However,
【００２５】[0025]
【数１０】 [Equation 10]
【００２６】は真値パラメータのノルムを表している。
（１０）式のσ一修正法は従来のパラメータ調整則と比
較して、σ（ｋ）を切り換えることにより、厳密なパラ
メータ調整に余裕を持たせる手法である。このパラメー
タ調整は、図１のパラメータ調整部４で行われる。以上
の制御構成を図１で示すと、一点鎖線で囲んだ部分１と
なる。張力制御系に、従来の制御手法であるＰＩ制御器
を用いた場合と、本発明である適応制御手法を用いた場
合の数値シミュレーション結果を、図４、５、６に示
す。図４は、目標値条件を満足するように各ＰＩパラメ
ータを決定した場合の数値シミュレーション結果、図５
は外乱条件を満足するように各ＰＩパラメータを決定し
た場合の数値シミュレーション結果、図６は、本発明で
ある適応制御手法を用いた場合の数値シミュレーション
結果である。シミュレーションの条件は、すべて同じ
で、最初、ライン速度ｖ1 （ｍ／ｓ）で張力目標値ｆ1
（ｋｇ）で制御を行う。ｔ1 （ｓ）からｔ2 （ｓ）の
（ｔ2 −ｔ1 ）秒間で、設定ライン速度ｖ2 （ｍ／ｓ）
となるように、直線的に加速する。ｔ3 （ｓ）で、張力
目標値をｆ1 （ｋｇ）からｆ2 （ｋｇ）へ、ステップ状
に変化させている。ライン加速中、つまり、張力系のパ
ラメータが変動している時、図４より目標値条件を満た
すゲイン設定をしたＰＩコントローラでは、張力の変動
が十分に抑えられていないことがわかる。目標値をステ
ップ状に変化させた時、図５より、外乱条件を満たすゲ
イン設定をしたＰＩコントローラでは、張力が目標値に
対して大きなオーバーシュートを起してしまい、かつ収
束するまで振動的となっている。これに対し、本発明で
ある適応制御手法を用いると、図６に示すように、ライ
ン加速開始、終了時の張力が過度に変動することなく、
またステップ状目標値変化についても、オーバーシュー
トを生じることなく、速やかに目標値に収束している。
このように、本発明である適応制御手法を用いた張力制
御器を構成することによって、従来のＰＩコントローラ
では得られなかった高い制御性能を得ることができる。Represents the norm of the true value parameter.
The σ-correction method of the equation (10) is a method of giving a margin to strict parameter adjustment by switching σ (k) as compared with the conventional parameter adjustment rule. This parameter adjustment is performed by the parameter adjustment unit 4 in FIG. When the above control configuration is shown in FIG. 1, it becomes a portion 1 surrounded by a one-dot chain line. FIGS. 4, 5 and 6 show numerical simulation results when the PI controller which is the conventional control method is used for the tension control system and when the adaptive control method which is the present invention is used. FIG. 4 shows the numerical simulation result when each PI parameter is determined so as to satisfy the target value condition, and FIG.
Is a numerical simulation result when each PI parameter is determined so as to satisfy the disturbance condition, and FIG. 6 is a numerical simulation result when the adaptive control method according to the present invention is used. The simulation conditions are all the same. First, the target tension value f 1 is set at the line speed v 1 (m / s).
(Kg) controls. In (t 2 −t 1 ) seconds from t 1 (s) to t 2 (s), the set line speed v 2 (m / s)
To accelerate linearly. At t 3 (s), the target tension value is changed stepwise from f 1 (kg) to f 2 (kg). During line acceleration, that is, when the parameters of the tension system are changing, it can be seen from FIG. 4 that the PI controller in which the gain setting that satisfies the target value condition is set is not sufficiently suppressed. When the target value is changed stepwise, as shown in FIG. 5, in the PI controller in which the gain is set to satisfy the disturbance condition, the tension causes a large overshoot with respect to the target value, and it is oscillating until it converges. Has become. On the other hand, when the adaptive control method of the present invention is used, as shown in FIG. 6, the tension at the start and end of line acceleration does not fluctuate excessively,
In addition, the step-like target value change quickly converges to the target value without causing overshoot.
As described above, by configuring the tension controller using the adaptive control method according to the present invention, it is possible to obtain high control performance that cannot be obtained by the conventional PI controller.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、制御
対象である張力系にパラメータ変動が生じても、また張
力目標値が変更されても、張力制御器内の制御定数パラ
メータが自動的に適正値に調節されるので張力制御性能
を大幅に向上させることができる。As described above, according to the present invention, the control constant parameter in the tension controller is automatically adjusted even if the tension system to be controlled fluctuates or the target tension value is changed. The tension control performance can be greatly improved because the tension control performance is adjusted to a proper value.
【図１】制御プログラムで示した本発明の実施例FIG. 1 is an embodiment of the present invention represented by a control program.
【図２】マルチドライブ制御システムにおける張力制御
系FIG. 2 Tension control system in multi-drive control system
【図３】制御プログラムで示した従来の実施例FIG. 3 is a conventional example represented by a control program.
【図４】目標値条件を満たす張力制御のシミュレーショ
ングラフ[Fig. 4] Simulation graph of tension control satisfying a target value condition
【図５】外乱条件を満たす張力制御のシミュレーション
グラフ[Fig. 5] Simulation graph of tension control satisfying the disturbance condition
【図６】本発明を用いた張力制御の数値シミュレーショ
ングラフFIG. 6 is a numerical simulation graph of tension control using the present invention.
１ 適応極配置系 ２ 可調整パラメータ ３ 可調整パラメータ ４ パラメータ調整部 ５ 制御対象 ６、７ 駆動ロール ８、９ ギア １０、１１ 電動機 １２ ドライブ装置 １３ 速度制御部 １４ 速度偏差手段 １５ 張力偏差手段 １６ 張力制御器 １７ 速度検出器 １８ 張力設定値Ｔref １９ 速度指令Ｖref ２０ 張力検出器 ２１ 搬送されるウェブ ２２ 張力検出信号Ｔfb ２３ ＰＩ制御器1 Adaptive Pole Arrangement System 2 Adjustable Parameter 3 Adjustable Parameter 4 Parameter Adjusting Unit 5 Control Target 6, 7 Drive Roll 8, 9 Gear 10, 11 Electric Motor 12 Drive Device 13 Speed Control Unit 14 Speed Deviation Means 15 Tension Deviation Means 16 Tension Controller 17 Speed detector 18 Tension setting value T ref 19 Speed command V ref 20 Tension detector 21 Conveyed web 22 Tension detection signal T fb 23 PI controller
【数１１】 [Equation 11]
Claims (1)
基づいて制御される複数のピンチロールで金属、ウェッ
ブ等のシート状材料を搬送し、隣接する搬送ロール間の
搬送物の張力検出信号と張力設定値に基づいて一定張力
に制御し、その出力で前記隣接する搬送ロールの一方の
速度指令を補正するようにした張力制御方法において、 前記張力制御の動特性を可調整パラメータが２個の離散
時間数学モデルで表現し、前記数学モデルを用いて適応
極配置法に基づいた制御装置を構成し、制御対象の入出
力及び張力目標値・出力間の偏差によりロバスト適応パ
ラメータ調整則を用いて前記可調整パラメータを適正値
に調整し、その制御装置から得られる出力を操作量とし
て、制御対象へ入力するようにした張力制御方法。1. A sheet-shaped material such as a metal or a web is conveyed by a plurality of pinch rolls controlled based on a speed command given to a speed control loop, and a tension detection signal and a tension of a conveyed product between adjacent conveyance rolls. In a tension control method in which a constant tension is controlled based on a set value and the speed command of one of the adjacent transport rolls is corrected by its output, the dynamic characteristics of the tension control are discrete with two adjustable parameters. Expressed by a time mathematical model, a controller based on the adaptive pole placement method is constructed by using the mathematical model, and the robust adaptive parameter adjustment rule is used according to the deviation between the input / output of the controlled object and the tension target value / output. A tension control method in which an adjustable parameter is adjusted to an appropriate value, and an output obtained from the control device is input as a manipulated variable to a control target.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP35302393A JP3295920B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Tension control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35302393A JP3295920B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Tension control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07196216A true JPH07196216A (en) | 1995-08-01 |
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ID=18428049
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|---|---|---|---|
| JP35302393A Expired - Fee Related JP3295920B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Tension control method |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3295920B2 (en) |
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1993
- 1993-12-28 JP JP35302393A patent/JP3295920B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP3295920B2 (en) | 2002-06-24 |
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