【正文】 (2) 式中 :Rmax—— 紗團(tuán)最大半徑 , R(t)—— 紗團(tuán)實(shí)時(shí)半徑。 U—— 電位計(jì)輸出電壓 。 Us—— 電位計(jì)電源電壓 。 整理 得： 2. 加速度補(bǔ)償 由于出紗速度非勻速而引起的張力變化 ,即 J(t)W(t) 變化。 其中 J(t)隨紗團(tuán)半徑 R(t) 而變化 ,它們之 間關(guān)系為 : J(t)= Js+∏ hp/2[R4(t)Rmin4 ]。 式中 : J (t) —— 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 Js—— 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 。 h —— 紗團(tuán)長(zhǎng)度 。 R(t)—— 紗團(tuán)實(shí)時(shí)半徑 。 p—— 紗線密度 。 Rmin—— 紗團(tuán)最小半徑。 由芯模上出紗速度與落紗點(diǎn)速度關(guān)系可知 :Vsi=Vli/cosB,B 為紗線與緯圓在落紗點(diǎn)處切線的夾角由測(cè)地線方程和克勞雷定理可知 : cosB=sina,rsina=h(常數(shù) ),a 為纏繞角 [22]。 假設(shè)芯模左極孔半徑 r0 處初始纏繞角為 90,則對(duì)應(yīng)任意半徑 rmi處的纏繞角為 ami,此時(shí)有 : sinami=r0/rmi 整理得 :Vsi=Vlirmi/r0 由于紗線在落紗點(diǎn)處與芯模表面之間沒(méi)有任何相對(duì)運(yùn)動(dòng) , 因此紗線在該點(diǎn)的絕對(duì)速度與芯模的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相等 ,即 :Vli= Vmi= Wmirmi,Wmi為芯模角速度 所以 Vsi=r2miWmi/r0 而對(duì)于紗團(tuán)來(lái)說(shuō) :Vsi= 2∏ rsiWsi Wsi為紗團(tuán)軸角速度 , rsi為紗團(tuán)半徑 整理得 : Wsi=r2miWmi/2∏ rsir0,即 Wsi(t)=(Wsi+1Wsi)/△ ti 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 張力控制 系統(tǒng)的深入研究 卷筒 紙張力控制系統(tǒng)的原理 目前卷筒紙印刷機(jī)張力控制系統(tǒng) ,主要采用閉環(huán)的電磁式或氣動(dòng)式張力控制等。由于閉環(huán)控制具有隨機(jī)性強(qiáng)、控制精度高等特點(diǎn) ,可以適應(yīng)不同紙帶和印刷速度狀態(tài)下的張力要求。閉環(huán)張力控制系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)裝置對(duì)張力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) ,并將檢測(cè)的結(jié)果送回到系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)依據(jù)張力設(shè)定值和張力檢測(cè)反饋值進(jìn)行比較的結(jié)果進(jìn)行處理 [23]。 對(duì)于張力控制進(jìn)行張力大小調(diào)節(jié)時(shí)主要采用的有 2 種方法 ,即力 (力拒 )控制和速度控制方式 [24]。 1種是控通過(guò)紙卷制動(dòng)裝置的制動(dòng)力大小調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)張力控制 。另外 1種方法是改變制動(dòng)裝置的運(yùn)行 速度實(shí)現(xiàn)張力控制。力調(diào)整方式主要是在給紙部分進(jìn)行張力控制 ,通過(guò)采用各種不同的制動(dòng)器對(duì)紙卷進(jìn)行制動(dòng)。速度控制方式進(jìn)行的張力控制 ,可以在給紙部分和印刷機(jī)各個(gè)功能單元部分進(jìn)行。 張力控制系統(tǒng)主要包括紙卷制動(dòng)裝置、紙帶減振裝置、送紙輥機(jī)構(gòu)、張力檢測(cè)裝置和張力自動(dòng)控制器等幾個(gè)部分。張力自動(dòng)控制器。張力自動(dòng)控制器主要是對(duì)張力進(jìn)行檢測(cè)并將信號(hào)進(jìn)行處理 ,將處理后的信號(hào)送到張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中 ,實(shí)現(xiàn)張力大小的調(diào)整的裝置。它是張力控制系統(tǒng)的核心部分 ,決定張力控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)和控制效果 [25]。控制器主要是接收由變送器送來(lái)的表示生產(chǎn) 過(guò)程被調(diào)變量變化的信號(hào) ,并與設(shè)定的被調(diào)參數(shù)的給定信號(hào)比較得到差值 [26] 。經(jīng)過(guò)控制器一定的調(diào)節(jié)規(guī)律的運(yùn)算處理后 ,發(fā)出控制信號(hào) [27]。 張力控制系統(tǒng)主要采用 PID 控制。比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律就是按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的控制器簡(jiǎn)稱為 PID(Proportional Integral Differential )調(diào)節(jié)器。 PID 控制應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律 [28]。微分作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成比例。它可以克服對(duì)象的滯后。在比例的基礎(chǔ)上加入微分作用可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ,再加上積分作用可以 消除 余差。這種控制器適用于負(fù)荷變化大、 容量滯后大、控制質(zhì)量要求高的系統(tǒng)。 PID 調(diào)節(jié)迅速、無(wú)余差、超調(diào)量小、調(diào)節(jié)時(shí) 間短、調(diào)節(jié)質(zhì)量高等 ,不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 ,這種控制算法 ,可以適用在卷筒紙印刷紙帶張力的控制場(chǎng)合。 張力控制系統(tǒng) 以羅蘭卷筒紙印刷機(jī)張力控制系統(tǒng)為例對(duì)張力控制進(jìn)行剖析。羅蘭 UN IPASER 給紙機(jī)張力控制系統(tǒng) ,采用制動(dòng)帶式的圓周制動(dòng)方法對(duì)紙帶進(jìn)行制動(dòng) [29]。哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 浮動(dòng)輥處滑動(dòng)變阻器檢測(cè)紙帶張力信號(hào)。制動(dòng)皮帶由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) ,皮帶輪旋轉(zhuǎn)使皮帶運(yùn)動(dòng) ,從而驅(qū)動(dòng)紙卷運(yùn)轉(zhuǎn) ,將紙帶輸送到印刷單元。制 動(dòng)力的產(chǎn)生 ,主要是通過(guò)紙卷圓周線速度低于印刷單元或驅(qū)動(dòng)輥線速度 ,由于速差的存在 ,使紙帶繃緊并產(chǎn)生張力。見(jiàn)圖 36。 在紙卷半徑尺寸發(fā)生變化或各種干擾造成紙帶張力大小偏離張力的設(shè)定值時(shí) ,張力控制系統(tǒng)便通過(guò)改變皮帶輪電機(jī)的運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)張力大小的調(diào)整。張力的控制實(shí)際上就是對(duì)皮帶輪速度的控制。對(duì)于皮帶輪電機(jī)速度的控制 ,是由 EAE張力控制器進(jìn)行速度控制的。檢測(cè)裝置將印刷機(jī)運(yùn)行的速度信號(hào)送到給紙機(jī)的控制系統(tǒng) ,控制系統(tǒng)依據(jù)張力設(shè)定的數(shù)值和印刷速度大小 ,發(fā)出適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào) ,驅(qū)動(dòng)皮帶輪電機(jī)按照一定的速度大小運(yùn)行。皮帶輪電機(jī)的 運(yùn)行速度 ,通過(guò)檢測(cè)速度的裝置 編碼器進(jìn)行測(cè)量 ,并將這個(gè)速度信號(hào)送回到控制系統(tǒng)形成閉環(huán)的控制。系統(tǒng)張力設(shè)定值對(duì)應(yīng)的電壓為 0～ 10V。這個(gè)設(shè)定值是根據(jù)工藝和實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài) 圖 36 羅蘭 UN IPASER 給紙機(jī)張力控制系統(tǒng) 1— 張力控制器 。 2— 加速皮帶 。 3— 紙卷 。 4— 皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī) 。 5— 導(dǎo)紙輥 。 6— 紙帶 。 7— 張力設(shè)定氣缸 。 8— 張力檢測(cè)輥 。 9— 張力檢測(cè)器 設(shè)定的。通過(guò)電氣轉(zhuǎn)換器 E/P 輸出一個(gè) 0～ 的氣壓信號(hào)給浮動(dòng)輥的驅(qū)動(dòng)氣缸 ,使浮動(dòng)輥具有一個(gè)初始的位置。檢測(cè)張力的傳感 器是旋轉(zhuǎn)方式的 ,它的量程為1kΩ電位計(jì) ,被安置在浮動(dòng)輥的回轉(zhuǎn)軸上。電位計(jì)輸出的電壓為 0～ 10V。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí) ,浮動(dòng)輥檢測(cè)紙帶的張力大小 ,并將張力大小對(duì)應(yīng)的電壓值送入 EAE 張力控制器中。 EAE 根據(jù)這個(gè)信號(hào)和張力設(shè)定的數(shù)值信號(hào)進(jìn)行控制。 系統(tǒng)控制回路框圖見(jiàn)圖 37。 羅蘭 UN IPASER 給紙機(jī)張力控制系統(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)的串級(jí)系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)皮帶輪電機(jī)速度進(jìn)行檢測(cè) ,調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行速度 。外環(huán)控制系統(tǒng)通過(guò)紙帶張力的檢測(cè)送回到張力 控制器重通過(guò)內(nèi)環(huán)速度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)張力的調(diào)整。 串級(jí)控制系統(tǒng)是一種常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)。當(dāng)被控對(duì) 象滯后較大時(shí)就可以采用串級(jí)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)副回路中的干擾有很強(qiáng)的克服能力；哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 改善了對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，時(shí)間常數(shù)減少；提高了工作效率；有一定自適應(yīng)能力。 圖 37 張力控制系統(tǒng)框圖 影響控制系統(tǒng)精度印刷分析和結(jié)論 有很多因素影響張力控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)采用的控制規(guī)律，決定系統(tǒng)的控制好壞和系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此選擇控制規(guī)律一定既要保證系統(tǒng)誤差小、反映快、超調(diào)小，又要系統(tǒng)穩(wěn)定。張力的檢測(cè)裝置的精度和穩(wěn)定性，影響張力數(shù)值的準(zhǔn)確程度。紙路機(jī)構(gòu)制造和安裝精度、紙卷偏心歪斜狀態(tài)、動(dòng)態(tài)的影 響因素都系統(tǒng)控制的穩(wěn)定產(chǎn)生影響。對(duì)于高質(zhì)量的印刷系統(tǒng)，如果給紙張力控制不能滿足印刷要求，還需要建立兩套張力控制系統(tǒng)能，進(jìn)一步穩(wěn)定張力數(shù)值。 對(duì)于卷筒紙印刷機(jī)的張力控制是卷料印刷中必須進(jìn)行的工作。為了獲得好的張力控制質(zhì)量必須選擇適當(dāng)精度的張力檢測(cè)裝置，采用合適的控制規(guī)律。如果充分考慮以上因素仍不能滿足印刷條件對(duì)紙帶張力的要求時(shí)，需要在這個(gè)控制的基礎(chǔ)上建立另外的系統(tǒng)。 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 參考文獻(xiàn) [1]李小富 .從 Drupa 2021 看單張紙膠印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) [J].印刷技術(shù) ,2021,(9):64～65. 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