(57)【要約】【課題】搬送するシート材の張力変動を抑制できるロール制御装置を提供する。【解決手段】搬送ロール８は、送り出しロール２に巻かれているシート材１を次工程に搬送する。搬送ロール８には電動機２０が連結され、速度制御部２６は、ライン速度指令値Ｖ* を入力として、慣性加速分トルク補償、負荷フィードフォワード補償を行い、角速度検出値ω1 を速度帰還信号とし、角速度協調指令値ωm1* から角速度検出値ω1 を減算し、速度偏差値s1がゼロとなるように電動機２０を速度制御する。送り出しロール２には電動機２１が連結され、速度／張力制御部２７−１は、ライン速度指令値Ｖ* と張力指令値Ｔ* を入力として、慣性加速分トルク補償、メカロストルク補償、粘性トルク補償を行って、角速度検出値ω2 を速度帰還信号とし、角速度協調指令値ωm2* から角速度検出値ω2 を減算し、速度偏差値s8がゼロとなるように電動機２１を速度制御する。【選択図】図１
2006008322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状のシート材を円筒状に巻いた送り出しロールから巻き出した前記シート材を次工程に送り出す搬送ロールに連結する第１の電動機と、前記送り出しロールに連結する第２の電動機を駆動制御して、前記シート材の速度並びに張力を各目標値に制御するロール制御装置において、
前記シート材のライン速度指令値を設定するライン速度指令値設定手段と、
第１の慣性モーメントを持つ前記第１の電動機を加速する第１の慣性加速トルクを補償する第１の慣性補償手段と、
第２の慣性モーメントを持つ前記第２の電動機を加速する第２の慣性加速トルクを補償する第２の慣性補償手段と、
前記第１の電動機の速度が前記第２の電動機の速度と協調するように、前記ライン速度指令値に応じ第１の電動機の角速度に相当する第１の角速度指令値を入力とし、第１の規範モデル角速度指令値を出力する第１の規範モデル速度協調制御手段と、
前記第２の電動機の速度が前記第１の電動機の速度と協調するように、前記ライン速度指令値に応じ第２の電動機の角速度に相当する第２の角速度指令値を入力とし、第２の規範モデル角速度指令値を出力する第２の規範モデル速度協調制御手段と、
前記第１の規範モデル角速度指令値と、前記第１の電動機に連結する第１の角速度検出手段により検出する第１の角速度検出値との速度偏差に応じて出力するトルク値を制御信号とし、前記第１の電動機の角速度を制御する第１の速度制御手段と、
前記第１の慣性加速トルクに前記速度偏差に応じて出力するトルク値を加える第１のトルク指令値を入力とし、前記第１のトルク指令値を補正する第１のトルク補正値を出力する第１の負荷フィードフォワード補償手段と、
前記第２の規範モデル角速度指令値と、前記第２の電動機に連結する第２の角速度検出手段により検出する第２の角速度検出値との速度偏差に応じて出力する張力値を制御信号とし、前記第２の電動機の角速度を制御する第２の速度制御手段と、
を有することを特徴とするロール制御装置。
【請求項２】
前記第１の規範モデル速度協調制御手段は、
前記第１の角速度指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償し、かつ、前記第１の電動機が応答角周波数で第２の電動機と協調するように第１の規範モデル角速度指令値を出力し、
前記第２の規範モデル速度協調制御手段は、
前記第２の角速度指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償し、かつ、前記第２の電動機が前記応答角周波数と同一の応答角周波数で第１の電動機と協調するように第２の規範モデル角速度指令値を出力することを特徴とする請求項１に記載のロール制御装置。
【請求項３】
前記第１の負荷フィードフォワード補償手段は、
前記第１のトルク指令値を第１の制御対象に加え、得られる第１の推定速度と前記第１の角速度検出値を入力とし、前記第１の推定速度と前記第１の角速度検出値との第１の推定速度偏差を出力する減算手段と、
前記第１の推定速度偏差を入力とし、前記第１の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し、前記第１のトルク補正値を出力する第１のフィードフォワード制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のロール制御装置。
【請求項４】
前記シート材の搬送方向に加わる張力出力値を出力する張力出力手段と、
前記シート材の張力指令値を設定する張力指令値設定手段と、
前記張力指令値と前記張力出力値との張力偏差に応じて出力するトルク値を制御信号とし、シート材の張力を制御する張力制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロール制御装置。
【請求項５】
前記張力出力手段は、張力検出器または張力推定器を有することを特徴とする請求項４に記載のロール制御装置。
【請求項６】
前記張力推定器は、
前記第１の電動機のトルク指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償する第１の１次遅れ補償トルク指令値を出力する第１の１次遅れ要素補償手段と、
前記第２の電動機のトルク指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償する第２の１次遅れ補償トルク指令値を出力する第２の１次遅れ要素補償手段と、
前記第１の角速度検出値を入力とし、前記第１の電動機回りに換算する第１の慣性モーメントに前記第１の角速度検出値の時間微分値を乗算し、得られる第１の慣性分トルクと、前記第１の電動機の粘性抵抗定数に前記第１の角速度検出値を乗算し、得られる第１の粘性分トルクとを加算し、得られるトルクに前記１次遅れ要素で補償した第１の慣性／粘性分トルクを出力する第１の慣性／粘性補償手段と、
前記第１の１次遅れ補償トルク指令値から前記第１の慣性／粘性分トルクを減算し、得られる第１の張力分推定トルクを出力する第１の減算手段と、
前記第２の角速度検出値を入力とし、前記第２の電動機回りに換算する第２の慣性モーメントに前記第２の角速度検出値の時間微分値を乗算し、得られる第２の慣性分トルクと、前記第２の電動機の粘性抵抗定数に前記第２の角速度検出値を乗算し、得られる第２の粘性分トルクとを加算し、得られるトルクに前記１次遅れで補償した第２の慣性／粘性分トルクを出力する第２の慣性／粘性補償手段と、
前記第２の１次遅れ補償トルク指令値から前記第２の慣性／粘性分トルクを減算し、得られる第２の張力分推定トルクを出力する第２の減算手段と、
前記第１の張力分推定トルクから前記第２の張力分推定トルクを減算し、得られる張力分推定トルク偏差を出力する第３の減算手段と、
前記張力分推定トルク偏差を入力とし、他の１次遅れ要素で補償する１次遅れ補償張力分推定トルク偏差を出力する前記他の１次遅れ要素補償手段と、
前記１次遅れ補償張力分推定トルク偏差を入力とし、前記１次遅れ補償張力分推定トルク偏差に、前記搬送ロールの半径と前記送り出しロールの半径を加算し、得られる合計半径の逆数を乗算し、得られる前記推定張力を出力する関数器と、
を有することを特徴とする請求項５に記載のロール制御装置。
【請求項７】
前記張力制御手段は、前記張力偏差の２乗に比例するゲインを持つ比例積分制御手段を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のロール制御装置。
【請求項８】
前記第２の電動機に加える第２のトルク指令値および張力出力値を入力とし、前記第２のトルク指令値を補正する第２のトルク補正値を出力する第２の負荷フィードフォワード補償手段をさらに有することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のロール制御装置。
【請求項９】
前記第２の負荷フィードフォワード補償手段は、
前記張力出力値を入力とし、前記送り出しロールに加える張力出力値相当分トルクを出力する送り出しロール半径補償手段と、
前記第２のトルク指令値および前記張力出力値相当分トルクを入力とし、前記第２のトルク指令値に、前記張力出力値相当分トルクを加算し、得られる第２の推定トルク指令値を出力する加算手段と、
前記第２の推定トルク指令値を第２の制御対象に加え、得られる第２の推定速度と前記第２の角速度検出値を入力とし、第２の推定速度から前記第２の角速度検出値を減算し、得られる第２の推定速度偏差を出力する減算手段と、
前記第２の推定速度偏差を入力とし、前記第２の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し補正張力値を出力する第２のフィードフォワード制御手段と、
前記補正張力値を入力とし、前記補正張力値に送り出しロール半径を乗算し、得られる第２のトルク補正値を出力する送り出しロール半径補償手段と、
を有することを特徴とする請求項８記載のロール制御装置。
【請求項１０】
長尺状のシート材を円筒状に巻いた送り出しロールから巻き出した前記シート材を次工程に送り出す搬送ロールに連結する第１の電動機と、前記送り出しロールに連結する第２の電動機を駆動制御して、前記シート材の張力を目標値に制御するロール制御装置において、
前記シート材のライン速度指令値を設定するライン速度指令値設定手段と、
第１の慣性モーメントを持つ前記第１の電動機を加速する第１の慣性加速トルクを補償する第１の慣性補償手段と、
第２の慣性モーメントを持つ前記第２の電動機を加速する第２の慣性加速トルクを補償する第２の慣性補償手段と、
前記第１の電動機の速度が前記第２の電動機の速度と協調するように、前記ライン速度指令値にもとづき変換した第１の電動機の第１の角速度指令値を入力とし、第１の規範モデル角速度指令値を出力する第１の規範モデル速度協調制御手段と、
前記第２の電動機の速度が前記第１の電動機の速度と協調するように、前記ライン速度指令値にもとづき変換した第２の電動機の第２の角速度指令値を入力とし、第２の規範モデル角速度指令値を出力する第２の規範モデル速度協調制御手段と、
前記第１の規範モデル角速度指令値と、前記第１の電動機に連結する第１の角速度検出手段により検出する第１の角速度検出値との速度偏差に応じて出力するトルク値を制御信号とし、前記第１の電動機の速度を制御する第１の速度制御手段と、
前記第２の規範モデル角速度指令値と、前記第２の電動機に連結する第２の角速度検出手段により検出する第２の角速度検出値との速度偏差に応じて出力する張力値を制御信号とし、前記第２の電動機の速度を制御する第２の速度制御手段と、
前記シート材の前記張力出力値を出力する張力出力手段と、
第１の電動機に加える第１のトルク指令値を入力とし、前記第１のトルク指令値を補正する第１のトルク補正値を出力する第１の負荷フィードフォワード補償手段と、
第２の電動機に加える第２のトルク指令値および前記シート材の張力値分トルクおよび前記張力出力値分トルクを入力とし、前記第２のトルク指令値を補正する第２のトルク補正値を出力する第２の負荷フィードフォワード補償手段と、
を有することを特徴とするロール制御装置。
【請求項１１】
前記第１の負荷フィードフォワード補償手段は、
前記第１のトルク指令値を第１の制御対象に加え、得られる第１の推定速度と前記第１の角速度検出値を入力とし、前記第１の推定速度と前記第１の角速度検出値との第１の推定速度偏差を出力する減算手段と、
前記第１の推定速度偏差を入力とし、前記第１の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し、前記第１のトルク補正値を出力する第１のフィードフォワード制御手段を有し、
かつ、前記第２の負荷フィードフォワード補償手段は、
前記張力出力値を入力とし、前記送り出しロールに加える張力出力値分トルクを出力する送り出しロール半径補償手段と、
前記第２のトルク指令値および前記張力出力値分トルクを入力とし、前記第２のトルク指令値に、前記張力出力値分トルクを加算し、得られる第２の推定トルク指令値を出力する加算手段と、
前記第２の推定トルク指令値を第２の制御対象に加え、得られる第２の推定速度と前記第２の角速度検出値を入力とし、第２の推定速度から前記第２の角速度検出値を減算し、得られる第２の推定速度偏差を出力する減算手段と、
前記第２の推定速度偏差を入力とし、前記第２の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し補正張力値を出力する第２のフィードフォワード制御手段と、
前記補正張力値を入力とし、前記補正張力値に送り出しロール半径を乗算し、得られる第２のトルク補正値を出力する送り出しロール半径補償手段を有することを特徴とする請求項１０記載のロール制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート材、例えば、紙、フィルム、金属等の張力を一定にし、かつ、負荷変動に伴う張力変動を抑制する電動機の張力制御装置に関し、特に、加速減速の際に、揃速性を向上させるロール制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
張力検出器を使用し、シート材を送り出して搬送するロール制御装置として、特許文献１に記載のものが知られている。図１４は、特許文献１に記載の送り出しロール搬送制御装置の構成を示す図である。この装置は、搬送ロール８を駆動する搬送ロール駆動装置９の負荷量実測値に対応した信号を出力する負荷量検出回路１４と、予め定める負荷量設定値と負荷量検出回路１４からの負荷実測値とを比較し、許容変化量以上の負荷変動量に対応した補正信号を出力する負荷変動検出回路１５と、補正信号によって張力制御信号を補正する張力補正回路１８を備えることを特徴とする。
【０００３】
図１４において、送り出しロール２は、シート材１を送り出す装置であり、送り出されたシート材１は、搬送ロール８によって搬送される。張力設定器５は、シート材１に働く張力を予め定める装置であり、張力検出器６は、シート材１に働く張力を検出する装置である。
【０００４】
また、張力制御回路７は、張力設定器５と張力検出器６とに接続されて、張力検出器６で検出した張力検出値と張力設定器５で設定した張力設定値とを比較して張力制御信号を出力する回路である。
【０００５】
搬送ロール駆動装置９を制御する搬送ロール制御装置１０は、速度制御回路１３によって制御され、速度制御回路１３は、搬送ロール駆動装置９の回転速度を検出する速度検出器１２からの速度信号と速度設定器１１からの速度設定値とを比較して搬送ロール制御装置１０に速度制御信号を出力する。
【０００６】
負荷変動検出回路１５は、許容変化量設定回路１６と比較回路１７とから構成され、許容変化量設定回路１６は、搬送ロール駆動装置９の負荷量設定値を予め定める回路であり、比較回路１７は、許容変化量設定回路１６から出力される負荷量設定値と負荷量検出回路１４から出力される負荷量実測値とを比較し、許容変化量以上の負荷変動量に対応した補正信号を出力する。
【０００７】
張力補正回路１８は、比較回路１７から出力される補正信号によって張力制御回路７から出力される張力制御信号を補正する。そして、送り出しロール制御装置４は、張力補正回路１８から出力される張力補正信号よってロール駆動装置３を制御し、ロール駆動装置３は、送り出しロール２を駆動する。なお、送り出しロール駆動装置３は、送り出しロール２に機械的に連結され、送り出しロール２を回動する装置である。そして、送り出しロール制御装置４は、送り出しロール駆動装置３の回動を制御することにより送り出し、シート材１の張力を制御する。
【０００８】
すなわち、搬送ロール８の負荷変動を検出し、負荷に対応した信号を出力する負荷量検出回路１４と、負荷量検出回路１４の出力信号を受け、予め定められた許容変化量以上の負荷変動値に対応して次段の張力補正回路１８に信号を出力する負荷変動検出回路１５と、負荷変動検出回路１５の出力信号と送り出しロール２の張力基準信号とを突き合わせ、送り出しロール２の張力基準信号を搬送ロール８の負荷変動値に対応して補正する張力補正回路１８とを備えている。そして、張力制御回路７により張力設定器５の設定信号と張力検出器６の出力信号を比較演算し、演算された張力基準信号を送り出しロール制御装置４に出力し、送り出しロール制御装置４により送り出しロール駆動装置３の回動を制御し、送り出しロール２を介して送り出されるシート材１の張力を張力設定器５で定めた送り出し張力に制御するものである。
【０００９】
また、加減速レートを有する速度指令を用いる速度制御装置として、特許文献２に記載のものが知られている。図１５は、特許文献２に記載の速度制御装置の制御ブロック図であり、図１６は、図１５の速度制御装置を伝達関数で表した制御ブロック図である。
【００１０】
図１５および図１６に示すように、この速度制御装置は、規範モデル設定器１１、加速度フィードフォワード補償手段１２、減算器１３、速度制御器１４、加算器１５、推定負荷外乱フィードフォワード補償手段１８、イナーシャ同定手段１９により構成されている。この速度制御装置によれば、速度指令信号ω* を一次遅れ要素を持った規範速度指令ωm にする速度制御手段と、イナーシャ負荷から検出される速度信号ωをフィードバックする速度制御ループとを構成し、この速度制御ループに加速度フィードフォワード補償手段１２、推定負荷外乱フィードフォワード補償手段１８およびイナーシャ同定手段１９を付加し、制御対象の動作特性を特徴づける制御パラメータであるイナーシャを同定のための特別なモード、例えば、シミュレーションモードあるいはオートチューニングモード等を設けることなく同定する。
【００１１】
加減速レートを有する速度指令ω* を用いる速度制御装置において、速度指令ω* を一次遅れ要素を持った規範速度指令ωm に変換する規範モデル設定手段１１と、規範速度指令ωm により、定常の負荷変動を有する粘性抵抗の小さいイナーシャ負荷を制御する速度制御手段１４と、イナーシャ負荷の速度を検出する手段から速度検出値ωを求め帰還させ、速度検出値ωと規範速度指令ωm とから速度誤差を求め制御する速度制御ループ手段と、速度制御ループ手段から求めたトルク指令とイナーシャ負荷の速度検出値とにより、同定したイナーシャモデル値を出力するイナーシャ同定手段１９と、規範速度指令と同定したイナーシャモデル値とを乗算し微分処理して加速度フィードフォワード制御量を求め、加速度フィードフォワードを補償する手段１２と、速度制御手段の出力である加速トルク補正値と加速度フィードフォワード制御量とを加算し、加速トルク制御量として出力する加速トルク指令手段と、加速トルク制御量を、同定したイナーシャモデル値を除算し積分処理して推定速度を求め、推定速度とイナーシャ負荷より検出した速度検出値との速度差から生じる推定負荷外乱フィードフォワード制御量を求めて推定負荷外乱フィードフォワードを補償する手段１８とを備え、制御対象の動作特性を特徴づける制御パラメータであるイナーシャ同定のための特別モードを設けることなく加速度フィードフォワードを補償する手段１２および推定負荷外乱フィードフォワードを補償する手段１８に与える。
【００１２】
このことにより、加減速レートの変換領域から定速領域に移行する際に生じるオ−バシュートを無くし、かつ、負荷変動による速度変動を抑制し、目標応答を規範モデル応答に一致させるようにする。
【特許文献１】特開平９−３０９６５２号
【特許文献２】特開２００１−２４２９０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、本発明の目的は、ライン速度が定速の場合、またはライン速度が加減速した場合に、シート材の張力変動を抑制できるロール制御装置を提供することにある。さらに、張力検出器を有しない場合でも、張力を推定し、シート材の張力を一定にでき、負荷変動があっても、シート材の張力変動を抑制できるロール制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、長尺状のシート材を円筒状に巻いた送り出しロールから巻き出したシート材を次工程に送り出す搬送ロールに連結する第１の電動機と、送り出しロールに連結する第２の電動機を駆動制御して、シート材の速度並びに張力を各目標値に制御するロール制御装置において、シート材のライン速度指令値を設定するライン速度指令値設定手段と、第１の慣性モーメントを持つ第１の電動機を加速する第１の慣性加速トルクを補償する第１の慣性補償手段と、第２の慣性モーメントを持つ第２の電動機を加速する第２の慣性加速トルクを補償する第２の慣性補償手段と、第１の電動機の速度が第２の電動機の速度と協調するように、ライン速度指令値に応じ第１の電動機の角速度に相当する第１の角速度指令値を入力とし、第１の規範モデル角速度指令値を出力する第１の規範モデル速度協調制御手段と、第２の電動機の速度が第１の電動機の速度と協調するように、ライン速度指令値に応じ第２の電動機の角速度に相当する第２の角速度指令値を入力とし、第２の規範モデル角速度指令値を出力する第２の規範モデル速度協調制御手段と、第１の規範モデル角速度指令値と、第１の電動機に連結する第１の角速度検出手段により検出する第１の角速度検出値との速度偏差に応じて出力するトルク値を制御信号とし、第１の電動機の角速度を制御する第１の速度制御手段と、第１の慣性加速トルクに速度偏差に応じて出力するトルク値を加える第１のトルク指令値を入力とし、第１のトルク指令値を補正する第１のトルク補正値を出力する第１の負荷フィードフォワード補償手段と、第２の規範モデル角速度指令値と、第２の電動機に連結する第２の角速度検出手段により検出する第２の角速度検出値との速度偏差に応じて出力する張力値を制御信号とし、第２の電動機の角速度を制御する第２の速度制御手段とを有することを特徴とする。このことにより、シート材のライン速度が加速減速の際、シート材の張力の変動が抑制できる。
【００１５】
さらに好適には、第１の規範モデル速度協調制御手段は、第１の角速度指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償し、かつ、第１の電動機が応答角周波数で第２の電動機と協調するように第１の規範モデル角速度指令値を出力し、第２の規範モデル速度協調制御手段は、第２の角速度指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償し、かつ、第２の電動機が上記応答角周波数と同一の応答角周波数で第１の電動機と協調するように第２の規範モデル角速度指令値を出力することを特徴とする。
【００１６】
さらに好適には、第１の負荷フィードフォワード補償手段は、第１のトルク指令値を第１の制御対象に加え、得られる第１の推定速度と第１の角速度検出値を入力とし、第１の推定速度と第１の角速度検出値との第１の推定速度偏差を出力する減算手段と、第１の推定速度偏差を入力とし、第１の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し、第１のトルク補正値を出力する第１のフィードフォワード制御手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
さらに好適には、シート材の搬送方向に加わる張力出力値を出力する張力出力手段と、シート材の張力指令値を設定する張力指令値設定手段と、張力指令値と張力出力値との張力偏差に応じてトルク値を制御信号とし、シート材の張力を制御する張力制御手段とを有することを特徴とする。このことにより、シート材のライン速度を加速減速する際、シート材の張力の変動がさらに抑制できる。
【００１８】
さらに好適には、張力出力手段は、張力検出器または張力推定器を有することを特徴とする。
【００１９】
さらに好適には、張力推定器は、第１の電動機のトルク指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償する第１の１次遅れ補償トルク指令値を出力する第１の１次遅れ要素補償手段と、第２の電動機のトルク指令値を入力とし、１次遅れ要素で補償する第２の１次遅れ補償トルク指令値を出力する第２の１次遅れ要素補償手段と、第１の角速度検出値を入力とし、第１の電動機回りに換算する第１の慣性モーメントに第１の角速度検出値の時間微分値を乗算し、得られる第１の慣性分トルクと、第１の電動機の粘性抵抗定数に第１の角速度検出値を乗算し、得られる第１の粘性分トルクとを加算し、得られるトルクに１次遅れ要素で補償した第１の慣性／粘性分トルクを出力する第１の慣性／粘性補償手段と、第１の１次遅れ補償トルク指令値から第１の慣性／粘性分トルクを減算し、得られる第１の張力分推定トルクを出力する第１の減算手段と、第２の角速度検出値を入力とし、第２の電動機回りに換算する第２の慣性モーメントに第２の角速度検出値の時間微分値を乗算し、得られる第２の慣性分トルクと、第２の電動機の粘性抵抗定数に第２の角速度検出値を乗算し、得られる第２の粘性分トルクとを加算し、得られるトルクに１次遅れで補償した第２の慣性／粘性分トルクを出力する第２の慣性／粘性補償手段と、第２の１次遅れ補償トルク指令値から第２の慣性／粘性分トルクを減算し、得られる第２の張力分推定トルクを出力する第２の減算手段と、第１の張力分推定トルクから第２の張力分推定トルクを減算し、得られる張力分推定トルク偏差を出力する第３の減算手段と、張力分推定トルク偏差を入力とし、他の１次遅れ要素で補償する１次遅れ補償張力分推定トルク偏差を出力する他の１次遅れ要素補償手段と、１次遅れ補償張力分推定トルク偏差を入力とし、１次遅れ補償張力分推定トルク偏差に、搬送ロールの半径と送り出しロールの半径を加算し、得られる合計半径の逆数を乗算し、得られる推定張力を出力する関数器とを有することを特徴とする。
【００２０】
さらに好適には、張力制御手段は、張力偏差の２乗に比例するゲインを持つ比例積分制御手段からなることを特徴とする。
【００２１】
さらに好適には、第２の電動機に加える第２のトルク指令値および張力出力値を入力とし、第２のトルク指令値を補正する第２のトルク補正値を出力する第２の負荷フィードフォワード補償手段を有することを特徴とする。このことにより、負荷変動に伴うシート材１の速度変動を抑制できる。
【００２２】
さらに好適には、第２の負荷フィードフォワード補償手段は、張力出力値を入力とし、送り出しロールに加える張力出力値相当分トルクを出力する送り出しロール半径補償手段と、第２のトルク指令値および張力出力値相当分トルクを入力とし、第２のトルク指令値に、張力出力値相当分トルクを加算し、得られる第２の推定トルク指令値を出力する加算手段と、第２の推定トルク指令値を第２の制御対象に加え、得られる第２の推定速度と第２の角速度検出値を入力とし、第２の推定速度から第２の角速度検出値を減算し、得られる第２の推定速度偏差を出力する減算手段と、第２の推定速度偏差を入力とし、第２の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し補正張力値を出力する第２のフィードフォワード制御手段と、補正張力値を入力とし、補正張力値に送り出しロール半径を乗算し、得られる第２のトルク補正値を出力する送り出しロール半径補償手段を有することを特徴とする。
【００２３】
また、長尺状のシート材を円筒状に巻いた送り出しロールから巻き出したシート材を次工程に送り出す搬送ロールに連結する第１の電動機と、送り出しロールに連結する第２の電動機を駆動制御して、シート材の張力を目標値に制御するロール制御装置において、シート材のライン速度指令値を設定するライン速度指令値設定手段と、第１の慣性モーメントを持つ第１の電動機を加速する第１の慣性加速トルクを補償する第１の慣性補償手段と、第２の慣性モーメントを持つ第２の電動機を加速する第２の慣性加速トルクを補償する第２の慣性補償手段と、第１の電動機の速度が第２の電動機の速度と協調するように、ライン速度指令値にもとづき変換した第１の電動機の第１の角速度指令値を入力とし、第１の規範モデル角速度指令値を出力する第１の規範モデル速度協調制御手段と、第２の電動機の速度が第１の電動機の速度と協調するように、ライン速度指令値にもとづき変換した第２の電動機の第２の角速度指令値を入力とし、第２の規範モデル角速度指令値を出力する第２の規範モデル速度協調制御手段と、第１の規範モデル角速度指令値と、第１の電動機に連結する第１の角速度検出手段により検出する第１の角速度検出値との速度偏差に応じて出力するトルク値を制御信号とし、第１の電動機の速度を制御する第１の速度制御手段と、第２の規範モデル角速度指令値と、第２の電動機に連結する第２の角速度検出手段により検出する第２の角速度検出値との速度偏差に応じて出力する張力値を制御信号とし、第２の電動機の速度を制御する第２の速度制御手段と、シート材の張力出力値を出力する張力出力手段と、第１の電動機に加える第１のトルク指令値を入力とし、第１のトルク指令値を補正する第１のトルク補正値を出力する第１の負荷フィードフォワード補償手段と、第２の電動機に加える第２のトルク指令値およびシート材の張力値分トルクおよび張力出力値分トルクを入力とし、第２のトルク指令値を補正する第２のトルク補正値を出力する第２の負荷フィードフォワード補償手段とを有することを特徴とする。
【００２４】
さらに好適には、第１の負荷フィードフォワード補償手段は、第１のトルク指令値を第１の制御対象に加え、得られる第１の推定速度と第１の角速度検出値を入力とし、第１の推定速度と第１の角速度検出値との第１の推定速度偏差を出力する減算手段と、第１の推定速度偏差を入力とし、第１の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し、第１のトルク補正値を出力する第１のフィードフォワード制御手段を有し、かつ、第２の負荷フィードフォワード補償手段は、張力出力値を入力とし、送り出しロールに加える張力出力値分トルクを出力する送り出しロール半径補償手段と、第２のトルク指令値および張力出力値分トルクを入力とし、第２のトルク指令値に、張力出力値分トルクを加算し、得られる第２の推定トルク指令値を出力する加算手段と、第２の推定トルク指令値を第２の制御対象に加え、得られる第２の推定速度と第２の角速度検出値を入力とし、第２の推定速度から第２の角速度検出値を減算し、得られる第２の推定速度偏差を出力する減算手段と、第２の推定速度偏差を入力とし、第２の推定速度偏差にゲイン定数を乗算し補正張力値を出力する第２のフィードフォワード制御手段と、補正張力値を入力とし、補正張力値に送り出しロール半径を乗算し、得られる第２のトルク補正値を出力する送り出しロール半径補償手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、第１および第２の電動機の速度を規範モデル速度協調制御することにより、シート材のライン速度が定速の際、あるいはライン速度が加速減速する際に、シート材の張力の変動を抑制できる。さらに、適応張力制御することにより、シート材の張力を一定にすることができる。さらに、負荷フィードフォワード制御することにより、負荷変動に伴う速度変動を抑制できる。また、シート材の実際の張力を検出する張力検出器を有しない場合でも張力を推定でき、張力を一定にできるとともに、張力の変動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係るロール制御装置の第１の実施の形態を示す制御ブロック図であり、図２は、図１に示すロール制御装置を伝達関数で表した制御ブロック図である。第１の実施の形態に係るロール制御装置は、張力オープンループ制御方式のロール制御装置において、規範モデル速度協調制御の機能を備えるものである。
【００２８】
図１に示すロール制御装置は、送り出しロール２、搬送ロール８、第１の電動機（Ｍ）２０、第２の電動機（Ｍ）２１、ライン速度設定器２５、張力設定器（図示せず）、第１の角速度検出器（ＳＳ）２２、第２の角速度検出器（ＳＳ）２３、速度制御部２６、速度／張力制御部（Ａ）２７−１、送り出しロール半径補償器４５を備える。
【００２９】
このロール制御装置は、シート材１が、シート材１を巻き出す送り出しロール２とシート材１を搬送する搬送ロール８の間に配置され、搬送ロール８が、送り出しロール２に巻かれているシート材１を次工程に搬送し、搬送ロール８および送り出しロール２の回転軸にそれぞれ機械的に連結された第１および第２の電動機２０、２１が、シート材１のライン速度Ｖをライン速度指令値Ｖ* と一致するように速度制御し、張力として張力指令値Ｔ* を入力させて、オープンループ制御するように構成されている。
【００３０】
送り出しロール２は、長尺状のシート材１が円筒状に巻かれており、搬送ロール８は、シート材１を介して圧着する回転体、例えばピンチロールＰと協働して、送り出しロール２から巻き出したシート材１を次工程に送り出す。
【００３１】
第１の電動機２０は、搬送ロール８に連結され、第２の電動機２１は、送り出しロール２に連結されている。
【００３２】
ライン速度指令値設定器２５は、シート材１のライン速度指令値Ｖ* を設定する。張力指令値設定器（図示せず）は、シート材１の搬送方向に加える張力指令値Ｔ* を設定する。
【００３３】
第１の角速度検出器２２は、例えばパルスエンコーダ、ＤＣタコジェネレータ等であり、第１の電動機２０に機械的に連結され、第１の電動機２０の第１の角速度検出値を検出する。
【００３４】
第２の角速度検出器２３は、第１の角速度検出器２２と同等であり、第２の電動機２１に機械的に連結され、第２の電動機２１の第２の角速度検出値を検出する。
【００３５】
送り出しロール半径補償器４５は、負号を付した張力指令値Ｔ* を入力とし、張力指令値Ｔ* に送り出しロール半径ｒ2 ＾を乗算し、得られる張力指令値分トルクτε （負号が付いている）を速度／張力制御部（Ａ）２７−１に出力する。
【００３６】
図３は、速度制御部２６の制御ブロック図である。速度制御部２６は、図３に示すように、搬送ロール半径の逆数補償器２８、第１の慣性加速補償器２９、第１の規範モデル速度協調制御器３０、第１の速度制御器３２、第１の負荷フィードフォワード補償部３４、減算器３１、加算器３３、３８を備える。
【００３７】
搬送ロール半径の逆数補償器２８は、ライン速度指令値Ｖ* を入力とし、ライン速度指令値Ｖ* に搬送ロール８の半径ｒ1 ＾の逆数を乗算し、得られる第１の角速度指令値ω1*を第１の慣性加速補償器２９および第１の規範モデル速度協調制御器３０に出力する。ここで、搬送ロール８の半径ｒ1 ＾は、ピンチロールと相対する搬送ロールの半径ｒ1 ＾であり、経過時間に対し一定である。なお、＾の記号は、以下、当記号の直前に記載する英字または英数字からなる特性値が設定値であることを表す。
【００３８】
第１の慣性加速補償器２９は、第１の角速度指令値ω1*を入力とし、第１の角速度指令値ω1*を時間微分して得られる加速度値に、搬送ロール８の慣性モーメントを第１の電動機２０の回りに換算した値と第１の電動機２０の慣性モーメントとを合算して得られる第１の慣性モーメントＪ1 ＾を乗算し、得られる加速トルクにゲイン特性曲線における応答角周波数ωC の逆数を時定数とする１次遅れ要素で補償した第１の慣性加速分トルクs3を加算器３３に出力する。すなわち、第１の慣性加速分トルクs3は、第１の慣性モーメントＪ1 ＾を持つ第１の電動機２０を加速するための所要トルクを示す。
【００３９】
第１の規範モデル速度協調制御器３０は、伝達関数が１次遅れ要素をもつボード線図のうちゲイン特性曲線における応答角周波数ωC の逆数を時定数とする1次遅れ要素の補償器であり、第１の角速度指令値ω1*を入力とし、１次遅れ要素で補償した第１の角速度協調指令値ωm1* を減算器３１に出力する。応答角周波数ωC は、実用上、例えば１０／Ｔa 毎秒ラジアンにより定める。例えば紙の場合、Ｔa をおよそ１秒とすると、応答角周波数ωC は、１０毎秒ラジアンとなる。ここで、Ｔa は、シート材１のライン加速時間またはライン減速時間を示し、すなわち、第１の電動機２０を加速し、ライン速度がゼロから定速度になるまでの所要時間、または第１の電動機２０を減速し、ライン速度が定速度からゼロになるまでの所要時間を示す。この場合、応答角周波数ωC を小さくしなければならないのは、応答角周波数ωC を高くすると、規範モデル速度協調制御により補償した速度指令信号の信号対ノイズ比が劣化し、揃速制御が不安定になり、結局、シート材１の張力が変動する恐れがあるからである。
【００４０】
減算器３１は、第１の角速度協調指令値ωm1* と第１の角速度検出値ω1 を入力とし、第１の角速度協調指令値ωm1* から第１の速度検出値ω1 を減算し、得られる第１の速度偏差値s1を第１の速度制御器３２に出力する。
【００４１】
第１の速度制御器３２は、第１の速度偏差値s1を入力とし、第１の速度偏差値s1に速度アンプゲイン定数として第１の速度ゲイン定数ＫV1を乗算し、得られる第１の速度偏差分トルクs2を加算器３３に出力する。つまり、第１の速度偏差値s1がゼロとなるように速度制御するために、制御信号として第１の速度偏差分トルクs2を加算器３３に出力する。
【００４２】
加算器３３は、第１の慣性加速分トルクs3と第１の速度偏差分トルクs2を加算し、得られる第１の基本トルク指令値s4を第１の負荷フィードフォワード補償部３４および加算器３８に出力する。
【００４３】
第１の負荷フィードフォワード補償部３４は、図３に示すように、第１の制御対象３５、第１のフィードフォワード制御器３７、減算器３６により構成される。
【００４４】
第１の基本トルク指令値s4を第１の制御対象３５に加えると、第１の電動機２０は、第１の基本トルク指令値s4に第１の慣性モーメントＪ1 ＾の逆数を乗算し、得られる加速度を時間積分することにより第１の推定角速度s5を得て、第１の推定角速度s5を減算器３６に出力する。
【００４５】
減算器３６は、第１の推定角速度s5と第１の速度検出値ω1 を入力とし、第１の推定角速度s5から第１の速度検出値ω1 を減算し、得られる第１の推定速度偏差s6を第１のフィードフォワード制御器３７に出力する。
【００４６】
第１のフィードフォワード制御器３７は、ゲイン定数Ｋ1 からなり、第１の推定角速度偏差s6を入力とし、第１の推定角速度偏差s6がゼロとなるように第１の電動機２０を速度制御するために、制御信号としてs6×Ｋ1 からなる第１の補正トルク値s7を加算器３８に出力する。
【００４７】
加算器３８は、第１の基本トルク指令値s4と第１の補正トルク値s7を入力とし、第１の基本トルク指令値s4と第１の補正トルク値s7を加算し、得られる第１のトルク指令値τ1*を第１の電動機２０に加える。そうすると、第１の電動機２０により、第１のトルク指令値τ1*が第１の慣性モーメントＪ1 の負荷に与えられて第１の角速度ω1 となる。
【００４８】
したがって、速度制御部２６は、第１の電動機２０に対して、ライン速度指令値Ｖ* を入力として、第１の慣性加速分トルク補償および第１の負荷フィードフォワード補償を行い、第１の角速度検出値ω1 を速度帰還信号とし、第１の角速度協調指令値ωm1* から第１の角速度検出値ω1 を減算し、得られる第１の速度偏差値s1がゼロとなるように第１の速度偏差分トルクs2を制御信号として、第１の電動機２０を速度制御する。このとき、第１の角速度検出値ω1 は、第１の基本トルク指令値s4を第１の補正トルク値で補正した第１のトルク指令値τ1*を、第１の制御対象７５に加えて得られる。このことにより第１の電動機２０は、シート材１のライン速度が定速の際、またはシート材１のライン速度が加速減速する際に、負荷変動に伴う速度変動を抑制できる。
【００４９】
図４は、速度／張力制御部（Ａ）２７−１の制御ブロック図である。速度／張力制御部（Ａ）２７−１は、図４に示すように、送り出しロール半径の逆数補償器３９、第２の慣性加速補償器４０、第２の規範モデル速度協調制御器４１、減算器４２、第２の速度制御器４３、送り出しロール半径補償器４４、粘性抵抗補償器４７、トルクゲイン補償器５０、加算器４６、４８、４９を備える。
【００５０】
送り出しロール半径の逆数補償器３９は、ライン速度指令値Ｖ* を入力とし、ライン速度指令値Ｖ* に送り出しロール２の半径ｒ2 ＾の逆数を乗算し、得られる第２の角速度指令値ω2*を第２の規範モデル速度協調制御器４１に出力する。ここで、送り出しロール半径ｒ2 ＾は、例えば送り出しロール２の外周部に、回動する腕に配設したタッチローラ（図示せず）を接触させ、その腕の位置を位置センサ（図示せず）により検出することによって演算される。
【００５１】
第２の慣性加速補償器４０は、第２の角速度指令値ω2*を入力とし、第２の角速度指令値ω2*を時間微分して得られる加速度値に、送り出しロール２の慣性モーメントを第２の電動機２１の回りに換算した値と第２の電動機２１の慣性モーメントとを合算して得られる第２の慣性モーメントＪ2 ＾を乗算し、得られるトルクに応答角周波数ωC の逆数を時定数とする１次遅れ要素で補償した第２の慣性加速分トルクs10 を加算器４６に出力する。つまり、第２の慣性加速補償器４０は、第２の慣性モーメントＪ2 ＾を持つ第２の電動機２１を加速するための第２の電動機２１の所要トルクを与える。
【００５２】
第２の規範モデル速度協調制御器４１は、第１の規範モデル速度協調制御器３０と同様に、伝達関数が１次遅れ要素をもつボード線図のうちゲイン特性曲線における応答角周波数ωC の逆数を時定数とする1次遅れ要素の補償器であり、第２の角速度指令値ω2*を入力とし、１次遅れ要素で補償した第２の角速度協調指令値ωm2* を減算器４２に出力する。この場合の応答角周波数ωC は、第１の規範モデル速度協調制御器３０における応答角周波数ωC と同一とする。
【００５３】
減算器４２は、第２の角速度協調指令値ωm2* と第２の角速度検出値ω2 を入力とし、第２の角速度協調指令値ωm2* から第２の速度検出値ω2 を減算し、得られる第２の速度偏差値s8を第２の速度制御器４３に出力する。
【００５４】
第２の速度制御器４３は、第２の速度偏差値s8を入力とし、第２の速度偏差値s8に速度アンプゲイン定数として第２の速度ゲイン定数ＫV2を乗算し、得られる第２の速度偏差分張力s9を送り出しロール半径補償器４４に出力する。つまり、第２の速度偏差値s8がゼロとなるように速度制御するために、制御信号として第２の速度偏差分張力s9を送り出しロール半径補償器４４に出力する。
【００５５】
送り出しロール半径補償器４４は、第２の速度偏差分張力s9を入力とし、第２の速度偏差分張力s9に送り出しロール半径ｒ2 ＾を乗算し、得られる第２の速度偏差分トルクs11 を加算器４９に出力する。
【００５６】
加算器４６は、第２の慣性加速分トルクs10 と、送り出しロール半径補償器４５からの張力指令値分トルクτε （負号が付いている）を入力とし、第２の慣性加速分トルクs10 から張力指令値分トルクτε を減算し、得られるトルクs12 を加算器４９に出力する。
【００５７】
粘性抵抗補償器４７は、第２の角速度検出値ω2 を入力とし、第２の角速度検出値ω2 に第２の電動機２１の粘性抵抗定数Ｄ2 ＾を乗算し、得られる粘性抵抗分トルクを加算器４８に出力する。ここで、第２の電動機２１の粘性抵抗は速度に比例するとし、そのときの粘性抵抗の比例定数をＤ2 ＾とする。
【００５８】
加算器４８は、粘性抵抗分トルクとメカロス分トルクτL2＾を加算し、得られるロストルクs13を加算器４９に出力する。
【００５９】
加算器４９は、ロストルクs13 、トルクs12 および第２の速度偏差分トルクs11 を入力とし、ロストルクs13 、トルクs12 および第２の速度偏差分トルクs11 を加算し、得られる第２の基本トルク指令値s14 をゲイン補償器５０に出力する。
【００６０】
ゲイン補償器５０は、第２の基本トルク指令値s14 入力とし、第２の基本トルク指令値s14 にゲイン定数１／ＫT を乗算し、得られる第２のトルク指令値τ2*を第２の電動機２１に加える。ここで、ＫT は第２の電動機２１のトルク定数を示す。第２の電動機２１の駆動制御として弱め界磁制御により定出力化を図るため、ゲイン定数１／ＫT は、送り出しロール２の半径ｒ2 ＾の変化にしたがって自動的に変えるように設定する。第２のトルク指令値τ2*を第２の制御対象７６に加えると、第２のトルク指令値τ2*が第２の慣性モーメントＪ2 の負荷に与えられて第２の角速度ω2 となる。
【００６１】
したがって、速度／張力制御部（Ａ）２７−１は、第２の電動機２１に対して、ライン速度指令値Ｖ* と張力指令値Ｔ* を入力とし、慣性加速分トルク補償、メカロストルク補償および粘性トルク補償を行って、第２の角速度検出値ω2 を速度帰還信号とし、第２の角速度協調指令値ωm2* から第２の角速度検出値ω2 を減算し、得られる第２の速度偏差値s8がゼロとなるように第２の速度偏差分張力s9を制御信号として、第２の電動機２１を速度制御する。このとき、第２の速度偏差分トルクs11 と第２の慣性分トルクs10 とを加算したトルクから張力指令値分トルクτε を減算し、得られる第２の基本トルク補正前指令値にメカロス分トルクτL2＾および粘性抵抗分トルクを加算した第２の基本トルク指令値s14 にゲイン定数１／ＫT を乗算し、得られる第２のトルク指令値τ2*を得る。この第２のトルク指令値τ2*を第２の制御対象７６に出力する。
【００６２】
一例として、第１の速度ゲイン定数ＫV1は、応答角周波数ωC と第１の慣性モーメントＪ1 ＾との間に
【００６３】
［数１］
Ｊ1 ＾／ＫV1＝１／ωC 
が成り立つようにする。すなわち、数１により、第１の速度ゲイン定数ＫV1が、第１の慣性モーメントＪ1 ＾に応答角周波数ωC を乗算して求まる。ここで、第１の慣性モーメントＪ1 ＾は、搬送ロール側の慣性モーメントであるから経過時間の変化に対し一定であるので、第１の速度ゲイン定数ＫV1も、時間の変化に対し一定である。
【００６４】
一方、第２の速度ゲイン定数ＫV2は、応答角周波数ωC 、第２の慣性モーメントＪ2 ＾と送り出しロール半径ｒ2 ＾の間に
【００６５】
［数２］
（Ｊ2 ＾／ｒ2 ＾ＫV2）＝１／ωC 
が成り立つようにする。すなわち、数２により、第２の速度ゲイン定数ＫV2が、第２の慣性モーメントＪ2 ＾に応答角周波数ωC を乗算し、かつ、送り出しロール半径ｒ2 ＾の逆数を乗算して求まる。
【００６６】
したがって、第２の速度ゲイン定数ＫV2は、送り出しロールの半径ｒ2 ＾および第２の慣性モーメントＪ2 ＾が経過時間に対し変化するので、経過時間に対し変化する。これらの関係により、シート材１のライン速度Ｖは、第１の電動機２０と第２の電動機２１が応答角周波数ωC で協調しながらライン速度指令値Ｖ* になるように制御できる。つまり、送り出しロール２と搬送ロール８を規範モデル応答になるようにして速度協調させて加速減速する際の揃速性を向上できる。
【００６７】
次に、本発明に係るロール制御装置の第２の実施の形態について説明する。図５は、本発明に係るロール制御装置の第２の実施の形態を示す制御ブロック図である。第２の実施の形態に係るロール制御装置は、前述した張力オープンループ制御方式のロール制御装置において、規範モデル速度協調制御に加えて、さらに張力推定、適応推定張力制御および負荷フィードフォワード制御の機能を備えるものである。
【００６８】
なお、図５において、図１と同じ番号のブロック（構成部分）については、その構成および作用は変わるところがないので、説明を省略する。
【００６９】
図５に示すロール制御装置は、送り出しロール２、搬送ロール８、第１の電動機（Ｍ）２０、第２の電動機（Ｍ）２１、ライン速度指令値設定器２５、張力指令値設定器（図示せず）、第１の角速度検出器（ＳＳ）２２、第２の角速度検出器（ＳＳ）２３、速度制御部２６、速度／張力制御部（Ｂ）２７−２、張力推定部５１、適応推定張力制御部５２を備える。
【００７０】
図６は、張力推定部５１の構成を示す制御ブロック図であり、図７は、張力推定部５１を伝達関数で表した制御ブロック図である。張力推定部５１は、図６および図７に示すように、第１および第２の電動機２０、２１に加える各第１および第２のトルク指令値τ1*、τ2*と、第１および第２の角速度検出値ω1 、ω2 を入力とし、後述する推定張力値Ｔ＾を適応推定張力制御部５２に出力するように、第１の１次遅れ要素補償器６１、第１の慣性／粘性補償器６２、第２の１次遅れ要素補償器６３、第２の慣性／粘性補償器６４、減算器６５、６６、６７、他の１次遅れ要素補償器６８、関数器６９を備える。
【００７１】
第１の１次遅れ要素補償器６１および第２の１次遅れ要素補償器６３は、フィルタ回路であり、トルク指令値に重畳する主としてノイズに起因する交流成分を軽減するために用いられ、その伝達関数の分母がラプラス演算因子Ｓに関して１次式であり、かつ、フィルタ時定数がτf からなる。第１の１次遅れ要素補償器６１は、第１のトルク指令値τ1*を入力とし、１次の遅れ要素で補償した第１のトルク指令τ1*を減算器６５に出力し、第２の１次遅れ要素補償器６３は、第２のトルク指令値τ2*を入力とし、１次の遅れ要素で補償した第２のトルク指令τ2*を減算器６６に出力する。
【００７２】
第１の慣性／粘性補償器６２は、第１の角速度検出値ω1 を入力とし、第１の１次遅れ要素補償器６１で補償する場合と同様に１次遅れ要素で補償する第１の推定負荷トルクs25 を減算器６５に出力する。すなわち、第１の推定負荷トルクs25 は、第１の角速度検出値ω1 を時間微分し、得られる加速度値に第１の慣性モーメントＪ1 ＾を乗算し、得られる第１の加速負荷トルクと、第１の角速度検出値ω1 に第１の粘性抵抗定数Ｄ1 ＾を乗算し、得られる第１の粘性負荷トルクとを加算した結果を、上記１次遅れ要素で補償したトルクである。ここで、第１の粘性抵抗定数Ｄ1 ＾は、速度に比例する粘性抵抗の比例定数を示す。
【００７３】
第２の慣性／粘性補償器６４は、第２の角速度検出値ω2 を入力とし、第２の１次遅れ要素補償器６３で補償する場合と同様に１次遅れ要素で補償した第２の推定負荷トルクs26 を減算器６６に出力する。すなわち、第２の推定負荷トルクs26 は、第２の角速度検出値ω2 を時間微分し、得られる加速度値に第２の慣性モーメントＪ2 ＾を乗算し、得られる第２の加速負荷トルクと、第２の角速度検出値ω2 に第２の粘性抵抗定数Ｄ2 ＾を乗算し、得られる第２の粘性負荷トルクとを加算した結果を、上記１次遅れ要素で補償したトルクである。ここで、第２の粘性抵抗定数Ｄ2 ＾は、速度に比例する粘性抵抗の比例定数を示す。
【００７４】
減算器６５は、上記１次遅れ要素で補償した第１のトルク指令値τ1*と第１の推定負荷トルクs25 を入力とし、１次遅れ要素で補償した第１のトルク指令値τ1*から第１の推定負荷トルクs25 を減算し、得られる第１の推定発生トルクτd1＾を減算器６７に出力する。
【００７５】
減算器６６は、上記１次遅れ要素で補償した第２のトルク指令値τ2*と第２の推定負荷トルクs26 を入力とし、１次遅れ要素で補償した第２のトルク指令値τ2*から第２の推定負荷トルクs26 を減算し、得られる第２の推定発生トルクτd2＾を減算器６７に出力する。
【００７６】
減算器６７は、第１の推定発生トルクτd1＾と第２の推定発生トルクτd2＾を入力とし、第１の推定発生トルクτd1＾から第２の推定発生トルクτd2＾を減算し、得られる推定発生トルク差分s27 を他の１次遅れ要素をもつ他の１次遅れ要素補償器６８に出力する。
【００７７】
他の１次遅れ要素補償器６８は、フィルタ回路であり、その伝達関数の分母がラプラス演算因子Ｓに関して１次式であり、かつ、フィルタ定数がτOBS からなり、推定発生トルク差分s27 を入力とし、上記他の１次遅れ要素で補償した推定発生トルク差分s28 を関数器６９に出力する。
【００７８】
関数器６９は、図７に示すように、上記他の１次遅れ要素で補償した推定発生トルク差分s28 を入力とし、搬送ロール半径ｒ1 ＾と送り出しロール半径ｒ2 ＾を加算し、得られる合計半径の逆数に推定発生トルク差分s28 を乗算し、得られる推定張力Ｔ＾を適応推定張力制御部５２に出力する。
【００７９】
一方、第１の推定発生トルクτd1＾は、第１の電動機２０に加わる実際のメカロストルクとシート材１の張力分トルクとの和に相当するので、
【００８０】
［数３］
τd1＾＝ｒ1 ×Ｔ＋τL1
が成立する。ここで、τL1は、第１の電動機２０の実際のメカロストルクとし、ｒ1 は、搬送ロール８の実際のロール半径を示す。
【００８１】
他方、第２の推定発生トルクτd2＾は、第２の電動機２１の実際のメカロストルクからシート材１の張力分トルクを減算した値に相当するので、
【００８２】
［数４］
τd2＾＝−ｒ2 ×Ｔ＋τL2
が成立する。ここで、τL2は、第２の電動機２１の実際のメカロストルクとし、ｒ2 は、送り出しロール２の実際のロール半径を示す。
【００８３】
数３と数４により、
【００８４】
［数５］
τd1＾−τd2＾＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）×Ｔ＋（τL1−τL2）
となる。
【００８５】
さらに、ここで、τL1およびτL2は、各電動機２０、２１の定常負荷トルクとし、かつ、等しい場合、
【００８６】
［数６］
τd1＾−τd2＾＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）×Ｔ
となる。
【００８７】
したがって、数６を書き換えると、
【００８８】
［数７］
Ｔ＝（τd1＾−τd2＾）／（ｒ1 ＋ｒ2 ）
となる。ここで、数３および数４における実際の張力Ｔを推定張力Ｔ＾に、ｒ1 、ｒ2 を各推定半径ｒ1 ＾、ｒ2 ＾に置換しても本発明は矛盾を生じない。
【００８９】
図８は、適応推定張力制御部５２の構成を示す制御ブロック図であり、図９は、適応推定張力制御部５２を伝達関数で表した制御ブロック図である。適応推定張力制御部５２は、図８および図９に示すように、張力指令値Ｔ* と推定張力値Ｔ＾を入力とし、第２の電動機２１に加える第２のトルク指令値τ2*を補正する修正トルクτε を出力するように、減算器７０、乗算器７１、ゲイン適応制御器７２、比例積分制御器７３を備える。
【００９０】
減算器７０は、張力設定器（図示せず）からの張力指令値Ｔ* と張力推定部５１からの推定張力Ｔ＾を入力とし、推定張力Ｔ＾から張力指令値Ｔ* を減算し、得られる張力偏差εを乗算器７１および比例積分制御器７３に出力する。
【００９１】
乗算器７１は、張力偏差εを入力とし、張力偏差εの２乗を演算し、得られるε2 をゲイン適応制御器７２に出力する。
【００９２】
ゲイン適応制御器７２は、張力偏差εの２乗ε2 を入力とし、張力偏差εの２乗ε2 に、張力ゲイン帯域、例えば１毎秒ラジアンと、応答角周波数ωD 、例えば０．００５毎秒ラジアンとから定まる直流張力ゲイン定数Ｋを乗算し、得られる張力比例ゲイン定数ＫP を比例積分制御器７３に出力する。これにより張力変動を抑制できる。さらに、この直流張力ゲイン定数Ｋを1次遅れ要素で補償すると安定した張力比例ゲイン定数ＫP が得られ、シート材１の張力変動をさらに抑制できる。
【００９３】
比例積分制御器７３は、張力偏差εを入力とし、張力偏差εに張力比例ゲイン定数ＫP を乗算し、得られる結果に、張力偏差εとゲイン定数ＫP との積を時間積分し、得られる値を加算し、その演算の結果得られる修正トルクτε を速度／張力制御部（Ｂ）２７−２の加算器４６に出力する。
【００９４】
以上説明により、張力検出器がなくても張力が推定でき、かつ、張力比例ゲインを自動的に可変して適応推定張力制御することによりシート材１の張力を一定に制御することができる。
【００９５】
図１０は、速度／張力制御部（Ｂ）２７−２の構成を示す制御ブロック図であり、図１１は、速度／張力制御部（Ｂ）２７−２を伝達関数で表した制御ブロック図である。図５、図１０および図１１を参照して、既述した第１および第２の規範モデル速度協調制御器３０、４１、張力推定部５１、適応推定張力制御部５２に加えて、第２の負荷フィードフォワード補償部５３を有するロール制御装置をさらに説明する。
【００９６】
第２の負荷フィードフォワード補償部５３は、送り出しロール半径補償器５４、５９、加算器５５、第２の制御対象５６、減算器５７、第２のフィードフォワード制御器５８を備える。
【００９７】
送り出しロール半径補償器５４は、推定張力Ｔ＾を入力とし、推定張力Ｔ＾に送り出しロール半径ｒ2 ＾を乗算し、得られる推定張力分トルクs16 を加算器５５に出力する。
【００９８】
加算器５５は、推定張力分トルクs16 と第３の基本トルク補正前指令値s15 を入力とし、推定張力分トルクs16 と第３の基本トルク補正前指令値s15 を加算し、得られる張力補正分トルク指令値s17 を第２の制御対象５６に出力する。張力補正分トルク指令値s17 が第２の制御対象５６に加わると、張力補正分トルク指令値s17 によって第２の電動機２１の推定速度s18 を減算器５７に出力する。すなわち、推定速度s18 は、張力補正分トルク指令値s17 に第２の慣性モーメントＪ2 ＾の逆数を乗算し、得られる結果を時間積分して得られる。
【００９９】
減算器５７は、推定速度s18 と第２の速度検出値ω2 を入力とし、推定速度s18 から第２の速度検出値ω2 を減算し、得られる推定速度偏差s19 を第２のフィードフォワード制御器５８に出力する。
【０１００】
第２のフィードフォワード制御器５８は、ゲイン定数Ｋ2 からなり、推定速度偏差s19 を入力とし、推定速度偏差s19 がゼロとなるように第２の電動機２１を速度制御し、制御信号として補正張力s20 を送り出しロール半径補償器５９に出力する。
【０１０１】
送り出しロール半径補償器５９は、補正張力s20 を入力とし、補正張力s20 に送り出しロール半径ｒ2 ＾を乗算し、得られる補正トルク値s21 を加算器６０に出力する。
【０１０２】
加算器６０は、第３の基本トルク補正前指令値s15 と補正トルク値s21 を入力とし、第３の基本トルク補正前指令値s15 と補正トルク値s21 を加算し、得られる第３の基本トルク指令値s22 をゲイン補償器５０に出力する。
【０１０３】
ゲイン補償器５０は、第３の基本トルク指令値s22 を入力とし、第３の基本トルク指令値s22 にゲイン定数１／ＫT を乗算し、得られる第２のトルク指令値τ2*を第２の制御対象７６に出力する。ここで、ＫT は、第２の電動機２１のトルク定数を示す。
【０１０４】
本発明のロール制御装置は、第２の負荷フィードフォワード補償部５３の負荷フィードフォワード補償によって負荷変動による速度変動を抑制し、シート材１の張力変動を抑えることができる。さらに、シート材１の張力変動を吸収するダンサロールが不要となる。また、実用上、図１におけるメカロス補償および粘性抵抗補償の代わりに第１の負荷フィードフォワード補償部３４の負荷フィードフォワード補償によって負荷変動による速度変動を抑制できる。
【０１０５】
図１２は、張力オープンループ制御方式のロール制御装置を基準にして、規範モデル速度協調制御、さらに推定張力フィードバック制御および適応推定張力制御、さらに負荷フィードフォワード制御の機能を付加した場合のシート材１の張力変動のシミュレーション結果を示す図である。横軸は、経過時間ｔを示し、２秒／１目盛である。縦軸は、搬送ロール８および送り出しロール２の線速度Ｖおよびシート材１の張力Ｔを電圧表示したものであり、縦軸の１０目盛を１００％とする。ＣＨ１が搬送ロール８の線速度、ＣＨ２が送り出しロール２の線速度、つまり、シート材１のライン速度相当であり、ＣＨ３がシート材１の張力である。そして、ＣＨ１のゼロボルト位置を縦軸の２０％の位置、ＣＨ２のゼロボルト位置を縦軸の３０％の位置、ＣＨ３のゼロボルト位置を縦軸の５０％の位置とする。
【０１０６】
グラフ（Ａ）は、シート材１の張力制御がオープンループ制御であり、かつ、第１および第２の電動機２０、２１に対し、慣性分補償し、第１の電動機２０に対してのみ、負荷フィードフォワード補償したロール制御装置を使用する場合における、経過時間ｔに対するシート材１の張力Ｔと搬送ロール８および送り出しロール２の線速度Ｖを示す。
【０１０７】
グラフ（Ｂ）は、さらに規範モデル速度協調制御を有するロール制御装置を使用する場合における、経過時間ｔに対するシート材１の張力Ｔと搬送ロール８および送り出しロール２の線速度Ｖを示す。
【０１０８】
グラフ（Ｃ）は、さらに、推定張力フィードバック制御および適応推定張力制御を有するロール制御装置を使用する場合における、経過時間ｔに対するシート材１の張力Ｔと搬送ロール８および送り出しロール２の線速度Ｖを示す。
【０１０９】
グラフ（Ｄ）は、さらに、負荷フィードフォワード制御を有するロール制御装置を使用する場合における、経過時間ｔに対するシート材１の張力Ｔと搬送ロール８および送り出しロール２の線速度Ｖを示す。
【０１１０】
グラフ（Ｅ）は、規範モデル速度協調制御、推定張力フィードバック制御、負荷フィードフォワード制御を有するロール制御装置を使用する場合における、経過時間ｔに対するシート材１の張力Ｔと搬送ロール８および送り出しロール２の線速度Ｖを示す。
【０１１１】
グラフ（Ａ）は、シミュレーションの基準状態とする張力オープンループ制御、第１および第２の慣性分補償、第１の電動機２０にのみ適用する負荷フィードフォワード補償したロール制御装置において、シート材１の張力設定値が、２．７目盛であり、張力偏差が、片側最大でおよそ１．７目盛である。したがって、張力変動率は、およそ６３％となる。
【０１１２】
グラフ（Ｂ）は、上記基準状態にさらに、規範モデル速度協調制御を追加する場合であって、張力偏差が、片側最大でおよそ０．４目盛である。したがって、張力変動率は、およそ１５％となる。
【０１１３】
グラフ（Ｃ）は、さらに、推定張力フィードバック制御および適応推定張力制御を追加する場合であって、張力偏差が、片側最大でおよそ０．０５目盛である。したがって、張力変動率は、およそ２％となる。
【０１１４】
グラフ（Ｄ）は、さらに、負荷フィードフォワード制御を追加する場合であって、張力偏差が、片側最大でおよそ０．０５目盛である。したがって、張力変動率は、およそ２％となる。張力変動の頻度がグラフ（Ｃ）に比べて少ない。
【０１１５】
グラフ（Ｅ）は、上記基準状態に規範モデル速度協調制御、推定張力フィードバック制御、負荷フィードフォワード制御を追加する場合であって、張力偏差が、およそ０．２目盛である。したがって、張力変動率は、およそ７％となる。
【０１１６】
以上のシミュレーション結果によれば、規範モデル速度協調制御の採用により、張力変動が張力オープンループ制御に比べておよそ７５％だけ改善でき、さらに、推定張力フィードバック制御および適応推定張力制御を加えることにより、張力オープンループ制御に比べておよそ９７％だけ改善でき、さらに、負荷フィードフォワード制御を加えることにより、張力変動の頻度がさらに軽減できる。また、規範モデル速度協調制御、推定張力フィードバック制御および負荷フィードフォワード制御により、張力変動が張力オープンループ制御に比べておよそ９０％だけ改善できることが分かる。
【０１１７】
上記説明は、シート材１の張力Ｔを検出する張力検出器を装備しないロール制御装置の場合である。本発明に係るロール制御装置において、図１３に示す張力検出器２４を有する制御ブロック図のように、張力検出器２４を装備しない図５に示すロール制御装置の制御ブロック図における推定張力部５１の出力Ｔ＾の代わりに張力検出器２４の出力Ｔを置き換えれば、シート材１の張力Ｔを張力指令値Ｔ* に制御可能なことは言うまでもない。ここで、好適には、張力検出器２４の出力信号上のノイズを軽減するためにフィルタ時定数例えば、１０／Ｔa 毎秒ラジアンである１次遅れフィルタ７４を介し張力Ｔを得る。
【０１１８】
また、本発明に係る実施の形態は、搬送ロール８が送り出しロール２から巻き出されるシート材１を次工程に搬送する、すなわち、シート材１を送り出しロール２から搬送ロール８の方向に搬送するロール制御装置に適用した巻き出し制御の例であるが、逆に、シート材１を搬送ロール８から送り出しロール２の方向に搬送するロール制御装置、言い換えると、搬送ロール８から繰り出されたシート材１を巻き取りロールにて巻き取るロール制御装置、つまり、巻取り制御としても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明に係るロール制御装置の第１の実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図２】図１に示すロール制御装置を伝達関数で表した制御ブロック図である。
【図３】本発明に係るロール制御装置における速度制御部の制御ブロック図である。
【図４】本発明に係るロール制御装置における速度／張力制御部（Ａ）の制御ブロック図である。
【図５】本発明に係るロール制御装置の第２の実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明に係るロール制御装置における張力推定部の制御ブロック図である。
【図７】張力推定部を伝達函数で表した制御ブロック図である。
【図８】本発明に係るロール制御装置における適応推定張力制御器の制御ブロック図である。
【図９】適応推定張力制御器を伝達函数で表した制御ブロック図である。
【図１０】本発明に係るロール制御装置における速度／張力制御部（Ｂ）の制御ブロック図である。
【図１１】速度／張力制御部（Ｂ）を伝達函数で表した制御ブロック図である。
【図１２】張力オープンループ制御方式のロール制御装置に、規範モデル速度協調制御、さらに推定張力フィードバック制御および適応推定張力制御、さらに負荷フィードフォワード制御の機能を付加した場合のシート材の張力変動のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】張力検出器を使用したロール制御装置の実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図１４】従来の送り出しロール搬送制御装置の構成を示す図である。
【図１５】従来の速度制御装置の制御ブロック図である。
【図１６】図１５の速度制御装置を伝達関数で表した制御ブロック図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  シート材
２  送り出しロール
３  送り出しロール駆動装置
４  送り出しロール制御装置
５  張力設定器
８  搬送ロール
９  搬送ロール駆動装置
１０  搬送ロール制御装置
１１  速度設定器
１２  速度検出器
２０  第１の電動機
２１  第２の電動機
２２  第１の角速度検出器
２３  第２の角速度検出器
２４  張力検出器
２５  ライン速度指令値設定器
２６  速度制御部
２７−１  速度／張力制御部（Ａ）
２７−２  速度／張力制御部（Ｂ）
２８  搬送ロール半径の逆数補償器
２９  第１の慣性加速補償器
３０  第１の規範モデル速度協調制御器
３２  第１の速度制御器
３４  第１の負荷フィードフォワード補償部
３７  第１のフィードフォワード制御器
３９  送り出しロール半径の逆数補償器
４０  第２の慣性加速補償器
４１  第２の規範モデル速度協調制御器
４３  第２の速度制御器
４４，４５，５４，５９  送り出しロール半径補償器
４７  粘性抵抗補償器
５０  ゲイン補償器
５１  張力推定部
５２  適応推定張力制御器
５３  第２の負荷フィードフォワード補償部
５８  第２のフィードフォワード制御器
６１  第１の１次遅れ要素補償器
６２  第１の慣性／粘性補償器
６３  第２の１次遅れ要素補償器
６４  第２の慣性／粘性補償器
６８  他の１次遅れ要素補償器
６９  関数器
７１  乗算器
７２  ゲイン適応制御器
７３  比例積分制御器
τ1*  第１のトルク指令値
τ2*   第２のトルク指令値
τL1＾  第１の電動機のメカロストルク
τL2＾  第２の電動機のメカロストルク
Ｄ1 ＾  第１の電動機側の粘性抵抗定数
Ｄ2 ＾  第２の電動機側の粘性抵抗定数
Ｖ*   シート材のライン速度指令値
Ｊ1 ＾  第１の制御対象の慣性モーメント設定値
Ｊ2 ＾  第２の制御対象の慣性モーメント設定値
Ｊ1   第１の制御対象の実際の慣性モーメント
Ｊ2   第２の制御対象の実際の慣性モーメント
ω1   第１の速度検出値
ω2   第２の速度検出値
Ｋ  直流張力ゲイン定数
ωC   規範モデル速度協調制御の応答角周波数
ωD   張力制御の応答角周波数
１／Ｔi   積分ゲイン
【図１】
2006008322.tif 000003
【図２】
2006008322.tif 000004
【図３】
2006008322.tif 000005
【図４】
2006008322.tif 000006
【図５】
2006008322.tif 000007
【図６】
2006008322.tif 000008
【図７】
2006008322.tif 000009
【図８】
2006008322.tif 000010
【図９】
2006008322.tif 000011
【図１０】
2006008322.tif 000012
【図１１】
2006008322.tif 000013
【図１２】
2006008322.tif 000014
【図１３】
2006008322.tif 000015
【図１４】
2006008322.tif 000016
【図１５】
2006008322.tif 000017
【図１６】
2006008322.tif 000018