JP2017013977A

JP2017013977A - 学習型張力制御装置

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Publication number: JP2017013977A
Application number: JP2015133506A
Authority: JP
Inventors: 武田邊; Takeshi Tanabe
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: JP6350420B2

Abstract

【課題】張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる学習型張力制御装置を提供する。【解決手段】張力・トルク変換回路１２は、目標張力ＴＡＩＭと実張力ＴＦＢＫと張力偏差ΔＴをループカー４のロールの実半径で除算してトルク偏差ΔＱに変換する。メカロストルク更新回路１５は、ロールが一定速度である場合に、トルク偏差ΔＱをメカロストルク誤差ΔＱＬとみなして、メカロス補償回路９に記憶された速度基準ＳＰＲＥＦに応じたメカロストルクＱＬをメカロストルク誤差に基づいて更新する。慣性モーメント更新回路１６は、ロールが加速または減速している場合に、加減速補償回路１０に記憶された前記慣性モーメントを、トルク偏差ΔＱと速度基準ＳＰＲＥＦから計算された慣性モーメント誤差ΔＪに基づいて更新する。【選択図】図１

Description

この発明は、プロセスラインの学習型張力制御装置に関する。

図２は、非鉄金属プロセスラインの張力制御装置をループカーに適用した構成例を示す図である。１は金属材料（鉄および非鉄金属）からなるストリップ、２、３はブライドルロール、４はループカーである。ループカー４はモータ５により駆動される。６はストリップ１の張力を測定する張力検出器である。

ストリップ１に与えられる目標張力Ｔ_ＡＩＭは、張力・トルク変換回路７で目標トルクＱ_ＡＩＭに変換される。目標トルクＱ_ＡＩＭに、メカロストルクＱ_Ｌと加減速トルクＱ_Ｆが加算されて、トルク基準Ｑ_ＲＥＦとして、トルク制御回路８へ導入される。トルク制御回路８は、トルク基準Ｑ_ＲＥＦに基づいて電力変換器（図示せず）を介してモータ５のトルクを制御する。

目標張力Ｔ_ＡＩＭと、張力検出器６により検出された実張力Ｔ_ＦＢＫとの張力偏差ΔＴは、増幅器１１に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、張力偏差ΔＴが零となるように制御される。

尚、出願人は、本発明に関連するものとして、特許文献１を認識している。特許文献１は、フィードフォワード補償を要しない張力制御装置を開示する。

特許４９０４７３９号公報

上述したメカロストルクＱ_Ｌは、ループカー４とモータ５の摩擦などの機械損トルクであり、速度基準ＳＰ_ＲＥＦ毎に関数テーブルに保存されている。また、上述した加減速トルクＱ_Ｆは、加減速時に必要なトルクであり、ループカー４とモータ５の慣性モーメント（機械慣性モーメント）の和Ｊに基づいて算出される。上述の張力制御装置では、メカロストルクＱ_Ｌや、慣性モーメントＪは、定数として記憶されている。そのため、当初は現物に合っていても、機械の経時変化（すなわち、機械摩耗などによるメカロスの増加や、ロール摩耗による慣性の減少）が進むと、メカロストルク補償量や加減速トルク補償量が実際に必要な適正値に対して、徐々に乖離が大きくなる。その結果、補償不足あるいは過補償となり、その分が目標張力Ｔ_ＡＩＭとの差となって、張力制御精度を悪化させる要因となっていた。

上述のように、張力偏差ΔＴは、増幅器１１に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、ΔＴが零となるように制御されるが、フィードバック制御系のため遅れが生じるため十分とはいえない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる学習型張力制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の目的を達成するため、材を搬送するロールと、前記ロールを駆動するモータとを備えるプロセスラインに用いられる学習型張力制御装置であって、
前記材の実張力を検出する張力検出器と、
速度基準に応じたメカロストルクを出力するメカロス補償回路と、
前記ロールおよび前記モータの慣性モーメントと、前記速度基準とに基づいて加減速トルクを出力する加減速補償回路と、
目標張力と前記実張力との張力偏差が零になるように前記目標張力を補正した補正後目標張力を目標トルクに変換し、前記目標トルクを、前記メカロス補償回路から出力されたメカロストルクおよび前記加減速補償回路から出力された加減速トルクで補正したトルク基準に基づいて、前記モータを制御する制御回路と、
前記張力偏差を前記ロールの実半径で除算してトルク偏差に変換する変換回路と、
前記ロールが一定速度である場合に、前記トルク偏差をメカロストルク誤差とみなして、前記メカロス補償回路に記憶された前記速度基準に応じたメカロストルクを前記メカロストルク誤差に基づいて更新するメカロストルク更新回路と、
前記ロールが加速または減速している場合に、前記トルク偏差と前記速度基準から慣性モーメント誤差を計算する計算回路と、
前記加減速補償回路に記憶された前記慣性モーメントを前記慣性モーメント誤差に基づいて更新する慣性モーメント更新回路と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る学習型張力制御装置によれば、プロセスラインにおいて、機械の経時変化によって機械データが変わる場合であっても、目標張力と実張力との張力偏差に基づいて、速度基準に応じたメカロストルクや、慣性モーメントを更新することができる。そのため、この発明によれば、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための構成図である。非鉄金属プロセスラインの張力制御装置をループカーに適用した構成例を示す図である。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための構成図である。
図１に示すシステムは、プロセスラインおよびその張力制御装置を備える。プロセスラインは、材であるストリップ１を搬送する複数のロールを備える。ストリップ１は、金属材料（鉄および非鉄金属）である。図１には、複数のロールとして、ブライドルロール２、３、ループカー４が描かれている。ループカー４は、ギアボックス（図示省略）を介してモータ５に接続されている。モータ５は、ループカー４を回転駆動する。

張力制御装置は、ストリップ１の実張力（張力の実績値）を検出する張力検出器６、ループカー４のロール半径（実半径）を検出する検出器１７を備える。また、張力制御装置は、基本的な制御回路を備える。制御回路は、目標張力Ｔ_ＡＩＭと実張力Ｔ_ＦＢＫとの張力偏差ΔＴが零になるように目標張力Ｔ_ＡＩＭを補正した補正後目標張力を目標トルクＱ_ＡＩＭに変換し、目標トルクＱ_ＡＩＭを、メカロス補償回路９から出力されたメカロストルクＱ_Ｌおよび加減速補償回路１０から出力された加減速トルクＱ_Ｆで補正したトルク基準Ｑ_ＲＥＦに基づいて、モータ５を制御する。

上述した制御回路の具体的構成について説明する。目標張力Ｔ_ＡＩＭは、ストリップ１に与える張力の目標値である。目標張力Ｔ_ＡＩＭは、張力・トルク変換回路７で目標トルクＱ_ＡＩＭに変換される。目標トルクＱ_ＡＩＭに、メカロストルクＱ_Ｌと、加減速トルクＱ_Ｆが加算され、トルク基準Ｑ_ＲＥＦとして、トルク制御回路８へ導入される。トルク制御回路８は、トルク基準Ｑ_ＲＥＦに基づいて電力変換器（図示せず）を介してモータ５のトルクを制御する。

また、目標張力Ｔ_ＡＩＭと、張力検出器６により検出された実張力Ｔ_ＦＢＫとの張力偏差ΔＴは、増幅器１１に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、張力偏差ΔＴが零となるようにフィードバック制御される。

ここで、メカロストルクＱ_Ｌは、ループカー４とモータ５の摩擦などの機械損トルクである。メカロス補償回路９は、速度基準ＳＰ_ＲＥＦ毎にメカロストルクＱ_Ｌを定めた関数テーブルを記憶している。メカロス補償回路９は、関数テーブルから、速度基準ＳＰ_ＲＥＦに対応するメカロストルクＱ_Ｌを出力する。

また、加減速トルクＱ_Ｆは、加減速時に必要なトルクであり、ループカー４とモータ５の慣性モーメントの和Ｊと、速度基準ＳＰ_ＲＥＦを微分した加速度とを乗算することで（１）式より求められ、加減速補償回路１０から出力される。

メカロス補償回路９に予め記憶されたメカロストルクＱ_Ｌや、加減速補償回路１０に予め記憶された慣性モーメントＪは、当初は現物に合っていても、機械の経時変化（すなわち機械摩耗（ベアリングやギアボックスの摩耗を含む）などによるメカロスの増加やロール摩耗による慣性の減少）が進むと、メカロストルク補償量や加減速トルク補償量が実際に必要な適正値に対して、徐々に乖離が大きくなる。その結果、補償不足あるいは過補償となり、その分が目標張力Ｔ_ＡＩＭとの差となって、張力制御精度を悪化させる要因となる。

そこで、本発明の実施の形態１に係る張力制御装置では、機械の経時変化に応じて、メカロストルク補償、加減速補償を更新する学習機能を備えることとした。以下、本発明の実施の形態１に係る学習型の張力制御装置の主な特徴について説明する。

張力制御装置は、張力偏差ΔＴをトルク偏差ΔＱに変換する張力・トルク変換回路１２を備える。具体的には、トルク偏差ΔＱは、張力偏差ΔＴをループカー４のロール半径（実半径）で除算して算出される。実半径は、検出器１７により検出される。

張力制御装置は、トルク偏差ΔＱが検出された時の速度基準ＳＰ_ＲＥＦから、トルク偏差ΔＱがメカロストルク誤差ΔＱ_Ｌおよび加減速トルク誤差ΔＱ_Ｆのいずれであるかを判断して振り分ける判断回路１３を備える。

メカロストルク誤差ΔＱ_Ｌの同定方法について説明する。ループカー４が一定速度で運転しているときは、加減速補償回路１０の出力は零（ｄＳＰ_ＲＥＦ／ｄｔ＝０）であり、張力偏差ΔＴを変換したトルク偏差ΔＱを、メカロストルク誤差ΔＱ_Ｌとみなすことができる。よって、判断回路１３は、トルク偏差ΔＱをその速度基準ＳＰ_ＲＥＦにおけるメカロストルク誤差ΔＱ_Ｌと判断する。その後、メカロストルク更新回路１５は、ループカー４のロールが一定速度である場合に、メカロス補償回路９が有する関数テーブルに記憶された速度基準ＳＰ_ＲＥＦに応じたメカロストルクＱ_Ｌを、メカロストルク誤差ΔＱ_Ｌに基づいて更新する。例えば、メカロストルクＱ_Ｌにメカロストルク誤差ΔＱ_Ｌを加算又は減算した値Ｑ_Ｌ’で更新する。

次に、加減速トルク誤差ΔＱ_Ｆの同定方法と、慣性モーメントＪの計算方法について説明する。ループカー４が定速運転から加速あるいは減速に転じたときには、張力偏差ΔＴを変換したトルク偏差ΔＱを、加減速トルク誤差ΔＱ_Ｆとみなすことができる。よって、判断回路１３は、トルク偏差ΔＱを加減速トルク誤差ΔＱ_Ｆと判断する。Ｊ計算回路１４は、ループカー４のロールが加速または減速している場合に、トルク偏差ΔＱと、その時の速度基準ＳＰ_ＲＥＦを用いた式（２）により慣性モーメント誤差ΔＪを算出する。

慣性モーメント更新回路１６は、加減速補償回路１０に記憶された慣性モーメントＪを慣性モーメント誤差ΔＪに基づいて更新する。例えば、慣性モーメントＪに慣性モーメント誤差ΔＪを加算又は減算した値Ｊ’で更新する。

以上説明したように、本実施形態に係る張力制御装置によれば、機械の経時変化により機械データが変化した場合であっても、目標張力Ｔ_ＡＩＭと実張力Ｔ_ＦＢＫとの張力偏差ΔＴに基づいて、速度基準ＳＰ_ＲＥＦに応じたメカロストルクＱ_Ｌや、慣性モーメントＪを更新することができる。そのため、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいて、メカロストルク更新回路１５、および慣性モーメント更新回路１６におけるデータ更新方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、過去データを保存しておき、新データと過去データの平均値を用いて更新してもよい。また、通過したコイル数の平均値に基づいて更新してもよい。また、次の関係式、新データ＝旧データ（Ｑ_Ｌ又はＪ）×（１−α）＋測定データ（Ｑ_Ｌ’又はＪ’）×αを用いて更新してもよい。なお、αは重みであり、予め設定されているものとする。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいて、材はストリップ１としたが、材は金属材料に限定されるものではない。材は紙であってもよい。即ち、本発明は抄紙機における張力制御装置にも適用可能である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいて、ロールはループカー４のロールとしたが、ループカー４のロールに限定されるものではない。モータにより駆動されるロールであればよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ループカー４のロールがこの発明における「ロール」に、上述した基本的な制御回路がこの発明における「制御回路」に、「張力・トルク変換回路１２」この発明における「変換回路」に、Ｊ計算回路１４がこの発明における「計算回路」に、それぞれ相当している。

１ストリップ
２、３ブライドルロール
４ループカー
５モータ
６張力検出器
７張力・トルク変換回路
８トルク制御回路
９メカロス補償回路
１０加減速補償回路
１１増幅器
１２張力・トルク変換回路
１３判断回路
１４Ｊ計算回路
１５メカロストルク更新回路
１６慣性モーメント更新回路
１７検出器
Ｑ_ＡＩＭ目標トルク
Ｑ_Ｆ加減速トルク
Ｑ_Ｌメカロストルク
Ｑ_ＲＥＦトルク基準
ＳＰ_ＲＥＦ速度基準
Ｔ_ＡＩＭ目標張力
Ｔ_ＦＢＫ実張力
ΔＪ慣性モーメント誤差
ΔＱトルク偏差
ΔＱ_Ｆ加減速トルク誤差
ΔＱ_Ｆ慣性モーメント誤差
ΔＱ_Ｌメカロストルク誤差
ΔＴ張力偏差

Claims

材を搬送するロールと、前記ロールを駆動するモータとを備えるプロセスラインに用いられる学習型張力制御装置であって、
前記材の実張力を検出する張力検出器と、
速度基準に応じたメカロストルクを出力するメカロス補償回路と、
前記ロールおよび前記モータの慣性モーメントと、前記速度基準とに基づいて加減速トルクを出力する加減速補償回路と、
目標張力と前記実張力との張力偏差が零になるように前記目標張力を補正した補正後目標張力を目標トルクに変換し、前記目標トルクを、前記メカロス補償回路から出力されたメカロストルクおよび前記加減速補償回路から出力された加減速トルクで補正したトルク基準に基づいて、前記モータを制御する制御回路と、
前記張力偏差を前記ロールの実半径で除算してトルク偏差に変換する変換回路と、
前記ロールが一定速度である場合に、前記トルク偏差をメカロストルク誤差とみなして、前記メカロス補償回路に記憶された前記速度基準に応じたメカロストルクを前記メカロストルク誤差に基づいて更新するメカロストルク更新回路と、
前記ロールが加速または減速している場合に、前記トルク偏差と前記速度基準から慣性モーメント誤差を計算する計算回路と、
前記加減速補償回路に記憶された前記慣性モーメントを前記慣性モーメント誤差に基づいて更新する慣性モーメント更新回路と、
を備えることを特徴とする学習型張力制御装置。