JPS58224946A - 電気式張力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、帯状物例えば糸などの制御対象を高速で巻き
取りまたは送シ出すとき、その制御対象の張力を電気的
に制御する装置に関する。

例えばたて糸糊付機には、巻取装置が設けられている。

この巻取装置は、モータの回転力により、糸を高速で一
定の張力のもとに巻き取っていく。

糸の張力が増加すると、糸切れなどが起きるため、その
張力は高い精度のもとに制御されなければなら彦い。

特許出願人は、既にこの種の張力制御に有効な制御系を
開発している。その張力制御系は、フィードバック制御
のもとに、巻き取υ用の可変速型直流モータの回転速度
を供給電流によυ制御し、同時に制御対象の糸の張力や
巻取ビームの外径などを電気的に検出し、この検出信号
を供給電流のフィードバック系に入力するようにしてい
る。

上記張力制御技術は、従来のフリクション巻取方式また
は変速モータ巻取方式に比較して、高精度で安定な高速
巻取制御を可能とした。しかし今日、さらに高速で、し
かも低張力に対応できる張力制御技術が望まれている。

上記の要求を実現すゐためには、２つの事項が充足され
なけ、ればならない。その１つは、モータおよび機械系
の時定数を可及的に小さくし、ハイレスポンスを実現す
ることである。他の１つは、制御系の問題で、速い応答
の電流制御のもとで、目標値としての張力に対応する電
流指令を出しておき、フィードバック張力制御系の比例
ゲインを低く設定して、外乱に対して強い制御系を構成
し、瞬時的な張力変動に対しては微分動作により、また
長い時間に対する張力変動に対しては積分動作でそれぞ
れ対応し、制御の安定化を計ることである。

一方、すでに述べたように、この種の制御系は、フィー
ドバック制御を基本としている。このため制御系に時間
遅れがアシ、また乱調が起き易い状態にある。張力制御
系の比例ゲインが低く設定されていると、乱調が起きに
くい状態にあるとはいえ、完全に抑えられているわけで
もない。この乱損失、加減速時における回転エネルギー
の変動および起動時の糸の過渡的な変化に起因している
。

そしてこれらの機械損失や回転エネルギーの変動などは
機械系や電気制御系に固有のものであシ、予め計算によ
り求められる。発明者は、その点に着目し、高速でしか
も低張力に適応する理想的な制御の開発を試みた。

したがって本発明の目的は、機械損失や加減速時の回転
エネルギーの変動に対応する補償に有効な張力制御装置
を提供する点にある。上記目的のもとに本発明は、フィ
ードバック制御方式の張力制御部に、フィードフォワー
ド制御系の機械損失補償部および加減速補償部を付加し
、これらの制御動作によ）運転状況に応じて機械損失お
よび加減速時の補償量を逐次算出し、これを張力制御部
に加えることによって、よシ完全な補償を行なうように
している。

以下、本発明を図に示す一実施例にもとづいて具体的に
説明する。

第１図は、本発明の電気式張力制御装置ｌをたて糸糊付
機の巻取装置２に適用した例を示している。張力の制御
対象としての糸３は、ロール４゜送出シロール１５．ロ
ール６　ラミチロール７、張力検出ロール８．ロール９
から巻取ビームＩＯｌ／ｃ巻き取られていく。上記送出
しロール５は、直流可変速型のラインモータ１１によシ
駆動される関係にあシ、このモータ１１は、送シ速度制
御装置１２によって制御されている。送９速度制御装置
１２ｄ１送シ速度設定器１３からの送り速度設定信号Ｖ
ｖを入力し、それにもとづいてラインモータ１１に所定
速度の回転を与え、また送出しロール５の回転つまりラ
インモータ１１の回転をタコジェネレータ１４で検出し
、そのタコジェネレータ１４の出力としてのラインモー
タ速度信号ｖＬを帰還量とし、それを比較しながらフィ
ードバック制御のもとに、ラインモータ１１の回転を制
御する。この送シ速度制御装置１２の特性は、速い応答
速度で安定している。

そして巻取ビーム１０は、制御対象の糸３とともに回転
する回転体で、本発明の電気式張力制御装置１によって
制御される関係にある。すなわち電気式張力制御装置ｌ
の張力制御部１５は、電流フィードバックを補助帰還ル
ープとし、張力フィードバックを主帰還ループとする制
御系で、高い精度の速度制御のもとに、張力設定器１６
により与えられた張力設定信号ＶＴを入力し、これにも
とづいて直流可変速型のモータ１７の電、流を制御する
。このモータ１７は、巻取ビーム１０を回転さ亡て、所
定の張力のもとに糸３を巻き取っていく。

ここで糸３の張力は、張力検出ロール８に現われている
が、その張力値は、張力検出器１８によって電気的に検
出され、張力検出信号Ｖｓとして張力制御部１５に帰還
される。

この張力制御部１５に対してデジタル式のフィードフォ
ワード制御系の機械損失補償部１９．加減速補償部２０
．起動補償部２１およびこれ−らの補正部２２が付設さ
れている。機械損失補償部１９は、張力設定信号ＶＴお
よび回転速度検出器２３からの回転速度信号ＶＲを逐次
入力して、機械損失Ｍを算出し、この損失値に対応する
補償信号ＶＭを上記張力制御部１５に出力する。また加
減速補償部２０は、ラインモータ速度信号ｖ′Ｌおよび
回転速度信号ＶＲを入力し、回転体すなわち巻取ビーム
１０の外径検出およびラインモータ速度信号ＶＬの微分
により微分値ｄＶｖｄｔの検出を行ない、加減速時に短
時間にわたって上記巻取と一ム１０の回転エネルギー人
の変動に対応した補償信号Ｖムを発生し、機械損失補償
部１９を通じてその補償信号ＶＡを上記張力制御部１５
に出力する他、モータ１７の界磁制御部２４を制御し、
巻取ビーム１０の巻取径に対応した回転トルクを発生さ
せる。また起動補償部２１は、起動スイッチ２５の動作
と対応し、加減速補償部２０および機械損失補償部１９
を通じて過渡的な補償信号ＶＤを張力制御部１５に印加
する。また補正部２２は、張力制御部１５の主帰還ルー
プＣＰ山制御）のＰｊＤ出力出力大力して、微調整用の
補正計算をし、その補正値α、、α２．α、を各部に送
シ込む。

さて第２図は、上記電気式張力制御装置１の具体的な構
成を示している。張力設定器１６の張力設定信号ＶＴは
、加算点２６からＰ山動作器２７に昏 入り、そこでＰｉＤ出力Ｖとなって加算点２８．２９お
よび電流制御器３０を経て、モータ１７に目標値として
の張力に対応する電流を与えている。電流制御器３０の
出力すなわち電流値は、電流検出器３１を経て加算点２
９に負帰還される。このようにして電流制御器３０およ
び電流検出器３１は、補助帰還ループを形成し、モータ
１７の電流３１により速度を制御する。一方、張力検出
器１８の張力検出信号ｖ８は、加算点２６に負帰還され
る。この張力検出器１Ｂは、ＰｉＤ動作動作子２７もに
、主帰還ループを構成している。ここでＰｉＤ動作動作
子２７比例、微分、積分動作をし、張力設定信号ＶＴと
張力検出信号１日とを比較し、その偏差にもとづいて電
流制御器３０を制御する。この電流制御器ａＯは、双方
向ブイリスタなどで構成されて′：１ いる。なお、定常時には、張力設定信号ＶＴと張力検出
信号ｖ８とが加算点で相殺されるから、ＰｉＤ動作動作
子２７ｉＤ出力出力上ロに近い。そこで実質的な目標値
は、後述するように、機械損失補償部１９の内部で与え
られる。

上記張力設定信号ＶＴは、機械損失補償部１９にも入力
され、　、Ａ／Ｄ変換器３３によシデジタル量に変換さ
れ、同様にＡ／Ｄ変換器３４で変換された回転速度信号
”／Ｒとともに関数器３５＆Ｃ入力される。

この関数器３５は、低張力から高張力に到るまでの各張
力に関して、回転体の回転数（回転速度）ごとに機械損
失関数ｆｚ　（ＶＲ＊　ＶＴ　）をあらかじめ記憶して
おυ、その記憶内容にもとづいて機械的損失を割シ出す
。機械損失関数ｆｓ（Ｖｘ　ｅ　ＶＴ　）は、第３図の
折線近偵曲線で求められる。機械損失Ｍは、張力設定信
号ＶＴおよび回転速度ｖＲＶｃ比例して増加している。

そして関数器３５の出力は、係数器３６に入力され石。

ここで係数器３６は、関数器３５の出力信号に設定器３
７で与えられた利得設定用の係数に３を掛け、これと補
正値α８とを加算点３８で加え、機械損失Ｍの補償信号
ＶＭとして加算点３９に印加する。ここで時間ｔの関数
としての補償信号ＶＭ（ｔ）は、下記の式で表わせる。

ＶＭ（ｔ）　””　Ｋｍ　”　ｆ２（ＶＲ，ＶＴ’）　
＋　αａ（ＶＲ，ＶＴ）一方、張力設定信号ＶＴは、係
数器４１で設定器４０によシ与えられた係数に４を掛け
られ、加算点４２．３９を経てＡ／Ｄ変換器４３でアナ
ログｉｉＫ変換されてから張力制御部１５の加算点２８
に加えられる。上記係数器４１は、目標の張力に対応す
る電流指令を電流制御器３０に常時与えている。

したがってＰｉＤ動作動作子２７ｊＤ出力ｖｉは、すで
に記載したように、定常状態ではゼロに近い。このため
張力制御部１５は、外乱に対して安定な動作をする。な
お、この係数器４１は、その性質上から張力制御部１５
の内部にあってもよい。

次にタコジェネレータ１４の出力すなわちラインモータ
速度信号ＶＬは、Ａ／Ｄ変換器４４によりデジタル量に
変換され、回転速度信号ＶＲとともに割算器４５に入力
される。この割算器４５は、それらの信号比から、送出
しロール５に対する巻取ビームｌＯの巻取径を算出する
。この割算器４５の出力は、係数器４７で設定器４６の
係数Ｈと掛は算されて巻径信号ＶＫとなり、界磁制御部
２４のＤ／Ａ変換器４８および増幅器４９を経て、モー
タ１７の界磁巻線５０に印加される。これにより界磁制
御部２４は、巻取ビーム１０の巻取径の変化に対応して
古−夕１７の界磁電流を変化させる。

このようにして巻取ビーム１０の外径が糸３の巻取りに
よって変化しても、それに必要な巻取トルクが与えられ
る。

また巻径信号Ｖｘは、減速補償器５１および加速補償器
５２に入力される。減速補償器５１および加速補償器５
２は、それぞれ減速時または加速時における回転機械系
の回転エネルギーＡの変動を巻取ビーム１０の外径に応
じて出力し、それを補償信号Ｖｈの基礎となる信号とし
て出力する。加速時の回転エネルギー人は、第４図に示
すように巻取ビーム１０の外径Ｒの変化によって二次曲
線状に変化する。この関係は、減速時にも同様である。

したがって減速補償器５１および加速補償器５２は、そ
の回転エネルギー関数ｆｌ（ＶＫ）に応じた値を記憶し
ておき、それらを選択的に出力する。ラインモータ速度
信号ＶＩＪは、Ａ／Ｄ変換器４４でＡ／Ｄ変換された後
に、微分器５３にも入力されている。

この微分器５３は、ラインモータ速度信号ＶＬの微分動
作をし、微分値ｄＶＬ／ｃｔｔを算出し、それを加減速
時の過渡的な時間にわたって係数器５４および加減速識
別器５５に出力している。加減速識別器５５は、微分値
ｄＶＬ／（ｉｔの正負符号を識別し、それにもとづいて
識別信号Ｓα２を発生し、切換スイッチ５６を操作する
。この切換スイッチ５６は、加速または減速時の関数を
選択的に係数器５４に出力するため、係数器５４は、加
速または減速時に対応した回転エネルギー変動の出力を
発生する。

係数器５４の出力は、係数器５８により設定器５７で与
えられる利得設定用の係数に２と掛は合わされた後、加
算点５９で補正値α２と加えられ準補償信号Ｖ’ｈとな
り、その後遅延回路６０を経て補償信号’ＶＡとして加
算Ａ６１に加えられる。

ここで時間ｔの関数としての補償信号ＶＡ（１りおよび
準補償信号Ｖ’ｈ（ｔ）は、むだ時間設定器６２による
　　４・むだ時間をＴｉとしたとき、それぞれ下記の式
で表わせる。

ＶＡ（ｔ）　＝　Ｖ’ｈＣｔ−Ｔａ　）ＶＡ（ｔ）　−
に２”　ｆ　ｔ（Ｖｘ）　・ｄＶＬ／ｄｔ　＋　αｚ（
ＶＫ）このようにして加減速補償部２０は、送出しロー
ル５と巻取ビームｌＯの回転比および加速および減速と
の関連で、回転エネルギーＡの変動を算出し、加算点４
２を通じ、それを補償量として張力制御部１５に印加す
る。

一方、起動時には過渡的な張力変動が現われるが、その
起動時の張力補償は、起動補償部２１によって行なわれ
る。すなわち起動スイッチ２５が閉じたとき、その起動
信号Ｓαｌは、ノくルス発生器６２に入力される。その
パルス発生器６２は、第５図に示すｉうに起動信号Ｓα
ｌにもとづいてタイミング設定器６３の立上りタイミン
グＴ１およびタイミング設定器６４の立下りタイミング
Ｔ２で与えられた時間にわたってスイッチ６５をオンに
する。

このため起動時の起動補償に対応する設定器６６の利得
設定値に、と補正値αｌとが加算点６７からスイッチ６
５を経て加算点６１に印加され、最終的に張力制御部１
５に送り込まれる。ここで時間ｔの関数の補償信号Ｖｄ
（ｔ）は、起動信号Ｓαｌの単位ステップ関数を帷）と
したとき、下記の式で求められる。

このようにして機械損失補償部１９．加減速補償部２０
および起動補償部２１は、機械損失、加減速時の回転エ
ネルギーおよび起動時の補償量を予め算出し、それを張
力制御部１５の加算点２８に印加する。したがって高精
度の張力制御が可能、となる。

一方、補正部２２は、ＰｉＤ出力Ｖｉを入力して、これ
から前記の補正値α１．α３．α３を計算し、加算点３
８，５９．６７に出力する。すなわちＰｉＤ出力Ｖｉは
、Ａ／Ｄ変換器６８によりデジタル量に変換されて、計
算器６９に送られる。ここで計算器６９は、前記の補償
結果をＰ１Ｄ出力Ｖｉの変化によってチェックし、補正
値α１．α！、α３を算出して、上記補償式に補正量と
して加える。なお、起動補正および加減速補正の計算は
、起動信号Ｓα１．識別信号ＳαＳの指令によって行表
われる。このため機械損失補償部１９．加減速補償部２
０および起動補償部２１は、一種の学習機能をもちそれ
ぞれの補償量を修正していく。

起動時の補１正値α１．加減速時の補正値α禽および機
械損失の補正値α３は、それぞれ下記の計算式によち求
められる。

まず、起動時の補正値α１は、ＰｉＤ出力ｖｉがゼロに
整定するまでの時間Ｔ≧ｔとして、−／ｌ、　Ｖｉｃｔ
ｔ　＝ｏ　ｓ’Ａ　Ｖｊ（’）＝　ｏ　　となるように
、補正値α１の値をに＝ｏ　　　　Ｎ 決める。すなわち次回の補正値α１．ｎ＋１は下記式％
式％ （） 第６図は、ＰｉＤ出力Ｖｉに関して、起動補償したとき
の変化曲線（実線）と起動補償しないときの曲線（破線
）を示している。補償時では変動量が押えられているが
、無補償時には大きなオーバシつぎに加減速時の補正値
α２　（ＶＫ）は、上記と同様に下記の式で求められる
。

６ｇ（ＶＫ）ｎ＋１＝α２　（Ｖｘ）ｎ＋１ｆＴＶｉ　
ｃｔｔＯ また、機械損失の補正値αｓ　（ｖＲＩ　ＶＴ　）は、
以下のようにして求める。機械損失関数ｆｓ（ＶＲ＋　
ＶＴ　）が区間ＣＶＲｌａ　ｖＴ　ｌ）で一つの直線で
近似されており、ＶＲ（ｔｌ）＝ＶＲ１、ＶＲ（ｔｌｌ
）＝ＶＲＩＩ　トすれば、整定時間わち次回の補正量α
ａ　（ＶＲ＃’／Ｔ　）ｎ＋１は、下記の式から求める
。

”５（ＶＲｓＶＴ）ｎ＋１　＝　（’ａ（ＶＲ，ＶＴ）
ｎ　＋〒ｆｔ丁”Ｖｉｄｔ＝　ａｓ（ｖＲ，ＶＴ）、ロ
ー　’ａｖｉ（−！”−）Ｎｋ＝ＯＮ なお、上記実施例は、巻取ビーム１０に関して本発明の
電気式張力制御装置１を適用しているが、この装置は過
多出しビームに応用することもできる。また、制御対象
は、糸や織布の処理に限定されず、紙、フィルムシート
などの薄板状帯、あゐいは線条材料の９巻取りや過多に
も利用できる。

本発明では、フィードバック制御系の張力制御部に対し
、機械損失補償部、加減速補償部が附設されておシ、回
転部の機械損失に対応する補償および加減速時における
回転エネルギーの変動が常時補償されるから、高い精度
のもとに張力設定が可能となる。したがって本発明は、
制御対象としての糸の他、紙、フィルムシートなどの巻
取りまたは送出し時に、低い設定張力のもとに、巻き取
シまたは送シ出しを可能とする。　　　　−

【図面の簡単な説明】

第１図は巻取装置に本発明の電気式張力制御装置を組込
んだ実施例のブロック線図、第２図は本発明の電気式張
力制御装置のブロック線図、第３図は機械損失のグラフ
、第４図は回転エネルギー変動のグラフ、第５図は起動
時のタイミングチャート図、第６図は起動時の過渡現象
のグラフでおる。 １・・・電気式張力制御装置、　２・・・巻取装置、３
・・・制御対象としての糸、　　１０・・・回転体とし
ての巻取ビーム、　１５・・・張力制御部、　１６・・
・張力設定器、　１７・・・モータ、　１８・・・張力
検出器、１９・・・機械損失補償部、　２０・・・加減
速補償部。 ２１・・・起動補償部、　２２・・・補正部、　２３・
・・回転速度検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象とともに回転する回転体を駆動する可変速型の
   モータと、このモータの回転速度を検出し回転速度信号
   を発生する回転速度検出器と、制御対象の張力を検出し
   て張力検出信号を発生する張力検出器と、張力設定信号
   を発生する張力設定器と、上記の張力設定信号および張
   力検出信号を入力し上記モータの回転を制御するフィー
   ドバック制御系の張力制御部と、上記の張力設定信号お
   よび回転速度信号を入力して電気機械系の機械損失を算
   出しこの機械損失に対応すゐ補償信号を上記張力制御部
   の加算点に出力するフィードフォワード制御系の機絨損
   失補償部と、上記回転体の外径を検出して加減速時に短
   時間にわたって上記回転体の回転エネルギーの変動に対
   応した補償信号を上記張力制御部の加算点に出力するフ
   ィードフォワード制御系の加減速補償部とを具備するこ
   とを特徴とする電気式張力制御装置。