【導讀】本文主要介紹了張力控制變頻收卷的控制原理。此技術能夠保證收卷的整個。過程很穩(wěn)定,避免小卷時張力過大；大卷啟動時張力過小的現(xiàn)象。制策略進行數(shù)據(jù)處理，實時調整控制信號。通過PLC進行卷徑的計算，改變變頻器的輸。出頻率，對電機進行控制。對收卷而言，隨著卷徑的逐漸增大，轉矩的值也隨之增大，變頻器輸出的速度將隨之減少，符合收卷的基本原理，同時張力也在控制之中?，F(xiàn)了收卷張力的工藝定量化，完成了轉矩和速度的自動跟蹤轉變。為了改進系統(tǒng)的控制。在收卷系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的PI控制不能夠很好地滿足張力。所以文章在最后提出了模糊自適應PID控制方法，應該是以后。張力控制算法的主流研究方向。

　　

【正文】 C 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。 SIMATIC S7200 可編程序控制器是模塊化結構設計。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展 。 CPU有各種不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有 數(shù)字量和模擬量 輸入輸出點，有的 CPU 有集有 PROFIBUSDP 等 通訊接口。 CPU 前面板上有狀態(tài)故障指示燈，模式開關， 24v 電源端子電池和與存儲器模塊盒（有的 CPU 沒有）。該模塊是 PLC 系統(tǒng)不可缺的重要部件，除完成并執(zhí)行用戶程序之 外，還可為總線提供 5V 的直流電源，并通過 MPI 多點接口與其他PLC 或編程設備進行通信。 STEP7 編程軟件用于 SIMATIC S M C7 和基于 PC 的 WINAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具。 STEP7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、通信組態(tài)、測試、編程、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。在 STEP7 中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。 STEP7 用 SIMATIC 管理器對項目進行集中管理，它可以方便瀏覽 SIMATIC S M C7 和 WINAC 的數(shù)據(jù)。實現(xiàn) STEP7 各種功能 所需的SIMATIC 軟件工具都集成在 SETP7。 STEP 7 的標準版本只配置了 3 種基本的編程語言：梯形圖（ LAD）、功能塊圖（ FBD）和語句表（ STL），有鼠標拖放、復制和粘貼功能。語句表示一種文編程語言，使用戶能節(jié)省輸入時間和存儲區(qū)域，并且“更接近硬件”。 STEP7 專業(yè)版的編程語言包括 S7SCL（結構化控制語言）、 S7GRAPH（順序功能圖語言）、 S7 HIGraph 和 CFC。 根據(jù)系統(tǒng)所需要的輸入輸出口，確定 CPU224 能滿足系統(tǒng)的要求，模擬模塊，因為只需要兩個模擬輸出，在考慮可能需要增加的情況下 ，改選 CT 公司的 CT 232 模塊，有目錄 26 四個輸出。功能結構和西門子公司的模擬模塊相似?？梢院臀鏖T子的 CPU 連接使用。 電機選型所需數(shù)據(jù)計算 (1)假定收卷輥空卷 卷徑 Dmin=200mm， 最大卷徑 Dmax=1200mm；線速度的最大值Vmax=90m／ min，張力設定最大值 Fmax=50kg(約等于 500牛頓 )；減速比 I=9。 速度的限制如下： minmax **DnV I?? 收卷電機在空芯卷徑時的轉速是最快的。 計算 可知 ： n=1290r/min (2)變頻器工作在低頻時，交流異 步電機的特性不好，激活轉矩低而且非線性。因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機工作在 2 Hz以下。因此：收卷電機有個最低速度的限制。 計算如下：對于四極電機而言其同步轉速為： n1=60f1/p?？芍?n1=1500r/min 則有 2Hz/5Hz=N/1500可得到 n=60r/min。當達到最大卷徑時，可以求出收卷整個過程中運行的最低速 maxmin **DnV I?? 計算可得 Vmin=25m/min。張力控制時，要對速度進行限制，否則會出現(xiàn)飛車，因此要限速。 至于過壓，欠壓設置只 要設置好變頻器的電機參數(shù)就可以的。 (3)張力及轉矩的計算如下： 如果 F*D/2=T/I則有 F=2*T*i/D 對于 22kW的交流電機，其額定轉矩的計算如下：T=9550P/n 計算得 T=140N M。 所以 Fmax=2*140*9/=4200 N M。 (其中 P為額定功率， n為額定轉矩 ) 由以上的轉速和力矩的要求就可以選擇出比較合適的電機和與之相匹配的變頻器。這樣整個系統(tǒng)的各個部分的功能和器件都確定了。只需要在現(xiàn)場做調試就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的功能了。 調試過程 (1)先對電機進行自整定，將電機的定 子電感、定子電阻等參數(shù)讀入變頻器。 (2)將編碼器的信號接至變頻器，并在變頻器上設定編碼器的圈數(shù)。然后用面板給定頻率和啟?？刂?，觀察顯示的運行頻率是否在設定頻率的左右波動。因為運用閉環(huán)矢量控制時，運行頻率總是接近設定頻率，所以運行頻率是在設定頻率的附近波動的。 (3)在程序中設定空芯卷徑和最大卷徑的數(shù)值。通過前面卷徑計算的公式算出電機尾部所加編碼器產(chǎn)生的最大脈沖量 (P1)和最低脈沖量 (P2)。通過算出的最大脈沖量對收卷電機的速度進行限定， 因為變頻器用作張力控制時，如果不對最高速進行限定，一旦出現(xiàn)卷材 斷掉等 情況，收卷電機會飛車的。最低脈沖量是為了避免收卷變頻器運行在 2Hz以 參考文獻 27 下，因為變頻器在 2Hz以下運行時， 電機的轉矩特性很差，會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。 (4)通過前面分析的整個收卷的動態(tài)過程，在不同卷徑和不同運行速度的各個階段，進行一定的轉矩補償。補償?shù)拇笮。噪姍C額定轉距的百分比來設定。 這樣，整個系統(tǒng)就可以正常運行。不過科技在發(fā)展，系統(tǒng)的控制精度要求也會隨之提高，這個控制系統(tǒng)并不能滿足更高精度的要求。 為了提高系統(tǒng)的控制精度，必須選用更好的控制方式。 張力控制未來發(fā)展趨勢 張力控制系統(tǒng)中，速度和張力 是交 叉耦合的，并且是多輸入多輸出的非線性系統(tǒng)，而采用常規(guī) PID控制理論進行張力系統(tǒng)設計，控制器的參數(shù)一般是按照卷筒空卷時進行整定的，在實際運行時調節(jié)器參數(shù)并不能隨著系統(tǒng)的參數(shù)改變而改變，對系統(tǒng)模型的精確性依賴較強，所以控制器設計的指標往往是達不到的。 傳統(tǒng)的張力卷取控制主要采用常規(guī)的 PID控制器，常規(guī) PID控制算法簡單，具有可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性的優(yōu)點，但常規(guī) PID控制器不具有在線參數(shù)整定功能，對系統(tǒng)模型的精確性依賴較強，對于張力控制系統(tǒng)這種典型的非線性、時變且受隨機干擾的系統(tǒng)，一般難以獲得較好的控制 性能。 盡管在常規(guī) PID控制很難獲得滿意的控制效果，隨著人們對產(chǎn)品質量要求的提高，人們也在不斷的尋找新的控制方法，因此有人們提出了自適應 PID控制的方法。 自適應 PID控制的基本思想是在系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化時能夠自動調整控制器的參數(shù)，從而適應控制對象的特性變化，使被控對象的特性達到最優(yōu) [11]。 現(xiàn)階段，對張力控制自適應 PID控制器的設計方法主要分為兩種，一種是增益自調 節(jié) PID調節(jié)器，這一種方法一般都是采取轉矩補償?shù)乃枷?，?jīng)過幾十多年的發(fā)展，這一種方法已經(jīng)相當?shù)某墒?，?且在實際中也取得了廣泛的應用，如德國西門子 公司的張力控制板系列： 從 PT10,T300到目前最新的 T400。另一種則是模型參考自適應調節(jié)器，其基本思想是建立相關的控制模型，從而建立相關的補償關系，這種方法在實際應用中也取得了相當?shù)陌l(fā)展。然而從某些方面考慮，這兩種方法都有其一定的局限性。如增益自調節(jié)方法的前提是只考慮主要的變化因素－卷筒的轉動慣量的變化，而不考慮其他的一些擾動的影響，這些擾動在實際運行中也會帶來不小的誤差。模型參考的方法則要求建立相關的參考模型，而實際在張力控制中速度和張力是交叉耦合的，同時由于各種擾動的存在，建立相關的精確參考模型是非 常困難的，應此這兩種自適應 PID控制器在實際的應用中都有一定的不足。而采用模糊控制算法將就不用建立精確的模型 [11]。 在智能控制領 域中的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡自適應 PID控制器，在實際張力控制中，可以根據(jù)系統(tǒng)的實時變化 ,利用模糊推理對 PID控制器的參數(shù)進行實時整定，同時利用神經(jīng)網(wǎng)絡來克服模糊系統(tǒng)缺乏自學習和自適應能力，以期達到良好的控制效果。 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡自適應 PID控制器主要由參數(shù)可調整的 PID控制器和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器兩部分組成，其關鍵就是實現(xiàn) PID 參數(shù)自整定， PID參數(shù)自整定就是找出 PID三個參數(shù)與 E和 Ec之間的關系 (E指 不同時刻偏差， Ec指偏差變化率 )，在運行中通過不斷檢測 E和 Ec，目錄 28 根據(jù)模糊推理原理來對三個參數(shù)在線修改，而模糊推理原則是通過神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習能力不斷的修正改善 [12]. 參考 文獻 [1] 劉瑞霞，王永新 。 銅箔生產(chǎn)的收卷張力控制 [J]。 電機與控制學報 2021， 9（ 1）： 13 [2] 楊婭君 ， 陳德傳 。 收卷中的張力及其控制 [J]。 儀器儀表學報紙 2021： 255： 13 [3] 張永和 采用力矩電機的厚鋁箔廢邊卷取機 [J]。 輕合金技工技術 2021， 3011： 12 [4] 李方園 變頻限轉矩功能在收卷和主從控制中的應用 [J]。 浙江工商職業(yè)技術學院學報 2021， 5（ 4）： 13 [5] 周孚宏 采用變頻器實現(xiàn)線纜設備恒張力控制的方法 [J]。 電機與控制學報 2021， 3（ 1）：13 [6] 蔣勝 . 智能控制在張力控制中的研究與應用 [D]。 武漢科技大學碩士學位論文 2021： 58 [7] 郭應鋒 印刷機系統(tǒng)恒張力控制的研究 [D]。 華中科技大學碩士學位論文 2021： 2125 [8] 黃中原 對一種引進的張力控制系統(tǒng)的剖析 [J]。 桂林電子工業(yè)學院學報 1994， 14（ 2） [9] 朱小平 淺談卷繞過程中力矩電機的選擇 [J]。 中小型電機 [J/OL] 2021， 28（ 6） [10] 許建國 電機與拖動基礎 高等教育出版社 [11] 李人厚 智能控制理論和方法，西安電子科技大學出版社 1998 [10] Li Zhen and Longya Xu,“Fuzzy learning Enhanced Speed Control of an Indirect FieldOriented Induction Machine Drive” in IEEE Transaction on Control Systems Technology,March 2021 [11] J. Layne, “Fuzzy Model Reference Learning Control,” Master39。s thesis, Dept. Elect. Eng., The Ohio State Univ., Mar. 1992. 附錄 29 附錄 :轉徑計算部分程 序 LD CALL 0 LD CALL 1 CALL 2 CALL 3 MEND SBR O 初始化 SBR 1 模塊檢查 LDB= SMB8， 1619 NOT S 1 LDB= SMB9， 1600 NOT AB= SMB9， 1604 RET SBR 3 力矩輸出 控制值采集 LD MOVD SMB28， AC0 MOVD SMB29， AC1 LD 高速計數(shù)模塊 MOVB 16F8， SMB37 MOVB 0， SMD38 MOVD 1000， SMD42 HDFF 0， 0 CALL 4 RET SBR 4 ATCH 0， 12 ENI 附錄 30 HSC 0 RET INT O INCW VW102 MOVB 16BO， SMB37 ATCH 0， SMD42 ATCH 1， 12 RETO INT 1 INCW VW102 MOVB 16A0， SMB37 MOVB 0， SMD42 ATCH 0， 12 RET1 MOVW SMB28， VW106 力矩值的計算 *I H， VW100 H*VW102=VD100 +I VW100， VW0 VW0 是卷徑大小 *I VW0， VW106 VW106 是張力設定值 MOVW VW106， VW108 DIV I， VW108 I 是減速比 MOVW VW108， AQW1 電機力矩值給定 程序中 : 輸入信號： 傳動輥電機編碼器輸入信號 收卷輥電機編碼器輸入信號 變頻器電機過熱信號，報警信號 模擬電位器：張力設定值 SMB28 輸出信號： 轉矩速度模式轉換， 變頻器啟動信號 換輥信號 模擬模塊： AQWO 轉矩計算值大小輸出 AQW1 速度計算值大小輸出