(57)【要約】  適切な制御ゲインの探索に時間を要さず、搬送条件が変更されても張力制御の良好な応答性能を実現することが可能なロール間搬送制御装置（１）を得るため、速度軸モータ（１４）で駆動する速度軸ロール（１５）と、張力軸モータ（１２）で駆動する張力軸ロール（１３）との間の搬送材（１１）に張力を与えつつ搬送するロール間搬送制御装置（１）が、搬送材（１１）を搬送している間に変化して制御パラメータの適切な値に影響を与える搬送条件変数と適切な制御パラメータである制御パラメータ候補値との組を複数個保存するゲインテーブル（２９）を備え、搬送条件変数が変更されると、搬送条件変数とゲイン演算結果とに基づいて計算を行い、計算が完了すると、制御パラメータ候補値と搬送条件変数とを対応づけてゲインテーブル（２９）へ書き込みを行う。
2015178084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
張力を与えつつ速度軸ロールと張力軸ロールとの間の搬送材を搬送するロール間搬送制御装置において、
前記搬送材の張力制御量を検出する張力制御量検出器と、
設定した張力指令値と前記張力制御量との偏差である張力偏差値及び制御パラメータから前記張力偏差値が小さくなるように張力制御補正値を演算して出力する張力制御演算部と、
外部からの入力により、オンまたはオフの信号である調整実行指令をオンとして、調整期間の後に前記調整実行指令をオフとする調整実行指令生成部と、
前記調整実行指令がオンになると、調整時加算値を前記搬送材の搬送中に前記張力制御補正値に加算する加振信号生成部と、
前記張力制御補正値、前記調整時加算値及び張力軸速度基準指令値が加算された張力軸速度指令値が入力され、前記張力軸ロールの搬送速度が前記張力軸速度指令値に一致するように制御を行う張力軸速度制御器と、
前記張力軸速度基準指令値と変化が同期する速度軸速度指令値が入力され、前記速度軸ロールの搬送速度が前記速度軸速度指令値に一致するように制御を行う速度軸速度制御器と、
前記調整実行指令がオンである前記調整期間の前記張力偏差値に基づいて制御パラメータとして適切な制御パラメータ候補値を計算して前記制御パラメータ候補値を出力するゲイン演算部と、
前記ゲイン演算部の計算が完了すると、前記搬送材の搬送中に変化して前記制御パラメータの適切な値に影響を与える搬送条件変数と前記制御パラメータ候補値とを対応づけるゲインテーブル生成部と、
前記搬送条件変数と前記制御パラメータ候補値との組を複数個保存するゲインテーブルとを備えることを特徴とするロール間搬送制御装置。
【請求項２】
前記搬送条件変数を入力として前記ゲインテーブルから読み出した前記制御パラメータ候補値に基づいて前記張力制御演算部の前記制御パラメータを変更するゲイン決定部を備えることを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項３】
前記ゲイン決定部は前記ゲインテーブルから読み出した前記制御パラメータ候補値を補正して、前記張力制御演算部の前記制御パラメータの値を変更することを特徴とする請求項２に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項４】
前記搬送条件変数は前記搬送材の搬送速度によって決まる変数であることを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項５】
前記搬送条件変数は前記張力軸ロールのロール径によって決まる変数であることを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項６】
前記搬送条件変数は前記搬送材の搬送開始から経過した時間によって決まる変数であることを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項７】
前記加振信号生成部の動作はリミットサイクル法によるものであることを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項８】
張力を与えつつ速度軸ロールと張力軸ロールとの間の搬送材を搬送するロール間搬送制御装置において、
前記搬送材の張力制御量を検出する張力制御量検出器と、
設定した張力指令値と前記張力制御量との偏差である張力偏差値及び制御パラメータから前記張力偏差値が小さくなるように張力制御補正値を演算して出力する張力制御演算部と、
外部からの入力により、オンまたはオフの信号である調整実行指令をオンとして、調整期間の後に前記調整実行指令をオフとする調整実行指令生成部と、
前記調整実行指令がオンになると、調整時加算値を前記搬送材の搬送中に前記張力制御補正値に加算する加振信号生成部と、
前記張力制御補正値、前記調整時加算値及び張力軸速度基準指令値が加算された張力軸速度指令値が入力され、前記張力軸ロールの搬送速度が前記張力軸速度指令値に一致するように制御を行う張力軸速度制御器と、
前記張力軸速度基準指令値と変化が同期する速度軸速度指令値が入力され、前記速度軸ロールの搬送速度が前記速度軸速度指令値に一致するように制御を行う速度軸速度制御器と、
前記調整実行指令がオンである前記調整期間の前記張力偏差値に基づいて前記張力軸ロールの搬送速度に対する前記張力制御量の応答特性を示す伝達関数を同定し、前記伝達関数の係数である応答パラメータを含む同定結果を出力する制御対象同定部と、
前記制御対象同定部の同定が完了すると、前記搬送材の搬送中に変化して前記制御パラメータの適切な値に影響を与える搬送条件変数と前記応答パラメータとを対応づけるパラメータテーブル生成部と、
前記搬送条件変数と前記応答パラメータとの組を複数個保存するパラメータテーブルとを備えることを特徴とするロール間搬送制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール間搬送制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロール間搬送制御装置では、２つのロール間で搬送材が弛まないように、搬送材に張力が掛けられた状態で搬送材の搬送が行われる。そのため、ロール間搬送制御装置には、搬送材に掛かる張力を設定した張力と一致させることができるように、ＰＩ制御、すなわち比例積分制御またはＰＩＤ制御、すなわち比例積分微分制御をはじめとするフィードバック制御の演算を行う張力制御演算部を備えることが多い。張力制御演算部は、フィードバック制御の演算に基づいて、上記２つのロールのうち片方の軸である張力軸の速度指令を修正し、他方の軸である速度軸との速度差を調整することで、ロール間の搬送材に発生する張力を制御する。このようなロール間搬送制御装置が安定に搬送材を搬送するためには、張力制御を安定して行い、張力制御器のゲインを適切に設定する必要がある。一般的なロール間搬送制御装置では、ユーザがロール間搬送を実行しつつ張力の変動を観察し、試行錯誤によって制御ゲインを変更するため、調整に手間及び時間がかかり、またユーザの熟練度によって安定性に差がある。【０００３】
張力制御演算部の制御ゲインを自動的に調整する技術の一例である特許文献１には、ロール間搬送制御装置に制御ゲインの変更要否判定部を設け、初期の搬送運転時に制御ゲインを高く設定し、その後に張力検出値の波形が振動的であれば、変更要否判定部の判定により徐々に制御ゲインを下げていき適切な制御ゲインを探索する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７３５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、初期の搬送運転時に行う自動調整の際に、制御ゲインが適切でない場合には制御ゲインを徐々に下げるが、この制御ゲインの下げ幅を決めることができないため、実際の運用では制御ゲインの下げ幅を必要以上に小さく設定しなければならず、張力検出値の応答波形を調べて制御ゲインの変更判定を行う動作と制御ゲインを下げる動作とを何度も繰り返し行う必要がある。そのため、適切な制御ゲインの探索に時間がかかる、という問題点があった。【０００６】
また、上記従来の技術によれば、初期の搬送運転時の１回だけ自動調整を行うことが想定されている。そのため、初期の搬送運転時に自動調整を行った直後は張力制御演算部の良好な応答性能を得られるが、搬送条件の変更に伴って張力制御演算部の応答は良好ではなくなってしまうという問題点があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロール間における搬送材の搬送中に張力制御の制御ゲインを上げ下げして制御ゲインの探索を行うことを必要とせず、搬送材の搬送速度及びロール径といった搬送条件が変更された場合にも即座に適切な制御ゲインに調整され、常に張力制御の良好な応答性能を実現することが可能なロール間搬送制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、張力を与えつつ速度軸ロールと張力軸ロールとの間の搬送材を搬送するロール間搬送制御装置において、前記搬送材の張力制御量を検出する張力制御量検出器と、設定した張力指令値と前記張力制御量との偏差である張力偏差値及び制御パラメータから前記張力偏差値が小さくなるように張力制御補正値を演算して出力する張力制御演算部と、外部からの入力により、オンまたはオフの信号である調整実行指令をオンとして、調整期間の後に前記調整実行指令をオフとする調整実行指令生成部と、前記調整実行指令がオンになると、調整時加算値を前記搬送材の搬送中に前記張力制御補正値に加算する加振信号生成部と、前記張力制御補正値、前記調整時加算値及び張力軸速度基準指令値が加算された張力軸速度指令値が入力され、前記張力軸ロールの搬送速度が前記張力軸速度指令値に一致するように制御を行う張力軸速度制御器と、前記張力軸速度基準指令値と変化が同期する速度軸速度指令値が入力され、前記速度軸ロールの搬送速度が前記速度軸速度指令値に一致するように制御を行う速度軸速度制御器と、前記調整実行指令がオンである前記調整期間の前記張力偏差値に基づいて制御パラメータとして適切な制御パラメータ候補値を計算して前記制御パラメータ候補値を出力するゲイン演算部と、前記ゲイン演算部の計算が完了すると、前記搬送材の搬送中に変化して前記制御パラメータの適切な値に影響を与える搬送条件変数と前記制御パラメータ候補値とを対応づけるゲインテーブル生成部と、前記搬送条件変数と前記制御パラメータ候補値との組を複数個保存するゲインテーブルとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロール間における搬送材の搬送中に張力制御の制御ゲインを上げ下げして制御ゲインの探索を行うことを必要とせず、搬送材の搬送速度及びロール径といった搬送条件が変更された場合にも即座に適切な制御ゲインに調整され、常に張力制御の良好な応答性能を実現することが可能なロール間搬送制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる搬送条件変数を横軸とし、ゲインテーブルに保存されている候補値と新たに計算される候補値をプロットした図の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかるロール間搬送制御装置における調整実行指令Ｒｔの時間応答グラフである。
【図４】図４は、実施の形態１にかかるロール間搬送制御装置における調整時加算値Ｖｄの時間応答グラフである。
【図５】図５は、実施の形態１にかかるロール間搬送制御装置における張力軸速度指令値Ｖｒ１の時間応答グラフである。
【図６】図６は、実施の形態１にかかるロール間搬送制御装置における張力検出値Ｔｆｂの時間応答グラフである。
【図７】図７は、実施の形態２にかかるロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかるロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図９】図９は、実施の形態４にかかるロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４にかかるロール間搬送制御装置における調整実行指令Ｒｔの時間応答グラフである。
【図１１】図１１は、実施の形態４にかかるロール間搬送制御装置における調整時加算値Ｖｄの時間応答グラフである。
【図１２】図１２は、実施の形態４にかかるロール間搬送制御装置における張力軸速度指令値Ｖｒ１の時間応答グラフである。
【図１３】図１３は、実施の形態４にかかるロール間搬送制御装置の張力検出値Ｔｆｂの時間応答グラフである。
【図１４】図１４は、実施の形態５にかかるロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかるロール間搬送制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるロール間搬送制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック線図である。図１に示すロール間搬送制御装置１００は、ロール間搬送機構１を含む。ロール間搬送機構１は、搬送材１１、張力軸モータ１２、張力軸ロール１３、速度軸モータ１４及び速度軸ロール１５を含み、搬送材１１は、張力軸ロール１３と速度軸ロール１５との間で搬送される。ロール間搬送機構１は、帯状または線状の搬送材１１を複数のロール間で搬送する機構であり、張力軸モータ１２で張力軸ロール１３を駆動して回転させることで搬送材１１を巻き取る。搬送材１１の素材は、例えば、紙、樹脂、繊維または金属である。また、ロール間搬送機構１は、速度軸モータ１４で速度軸ロール１５を駆動して回転させることで搬送材１１を巻き出す。
【００１３】
ロール間搬送機構１には、張力制御量検出器２０が取り付けられている。張力制御量検出器２０は、搬送材１１の張力を検出した値、すなわち張力制御量である張力検出値Ｔｆｂを出力する。張力検出値Ｔｆｂは、後述するように、張力指令値となるように制御される変数値である。
【００１４】
ここで、本実施の形態では張力軸ロール１３が巻き取りを行い、速度軸ロール１５が巻き出しを行う形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。速度軸ロール１５が巻き取りを行い、張力軸ロール１３が巻き出しを行ってもよい。また、張力軸ロール１３及び速度軸ロール１５は、巻き取りまたは巻き出しの間で送り動作のみを行い、巻き取りまたは巻き出しを行わない中間軸であってもよい。
【００１５】
図１に示すロール間搬送制御装置１００は、張力制御量検出器２０、張力軸速度制御器２１、速度軸速度制御器２２、同期速度指令生成部２３、張力制御演算部２４、２値出力部２５、調整実行指令生成部２６、ゲイン演算部２７、ゲインテーブル生成部２８、ゲインテーブル２９、ゲイン決定部３０、減算器９０、加算器９１及び加算器９２を備える。
【００１６】
張力軸速度制御器２１は、張力軸速度指令値Ｖｒ１を入力とし、張力軸ロール１３が搬送材１１を搬送する速度が張力軸速度指令値Ｖｒ１に略一致するように張力軸モータ１２の回転速度を制御する。張力軸速度制御器２１は、具体的には、張力軸ロール１３の径及び減速比を考慮して、張力軸速度指令値Ｖｒ１を張力軸モータ１２の回転速度に変換した指令に対して、張力軸モータ１２の回転速度が略一致するように制御する。
【００１７】
速度軸速度制御器２２は、速度軸速度指令値Ｖｒ２を入力とし、速度軸ロール１５が搬送材１１を搬送する速度が速度軸速度指令値Ｖｒ２に略一致するように速度軸モータ１４の回転速度を制御する。速度軸速度制御器２２は、具体的には、速度軸ロール１５の径及び減速比を考慮して、速度軸速度指令値Ｖｒ２を速度軸モータ１４の回転速度に変換した指令に対して、速度軸モータ１４の回転速度が略一致するように制御する。
【００１８】
同期速度指令生成部２３は、上述した張力軸速度指令値Ｖｒ１を計算する際に用いる張力軸速度基準指令値Ｖｒ０及び速度軸速度指令値Ｖｒ２を出力する。ここで、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０及び速度軸速度指令値Ｖｒ２は、通常は同じ値または搬送材１１の延びの影響を考慮した値とし、搬送材１１の搬送速度の加減速に応じて、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０及び速度軸速度指令値Ｖｒ２が同期して変化するように生成される。
【００１９】
調整実行指令生成部２６は、一例として外部からの操作による指示入力によって、オンかオフかを表す信号である調整実行指令Ｒｔを生成する。調整実行指令生成部２６は、基本的には、外部からの操作により調整実行指令Ｒｔをオフからオンに変更し、「自動調整期間」だけオンの信号を出力した後にオフに戻す。ここで、「自動調整期間」は、例えば予め定めた一定の期間または後述する２値出力部２５の出力がしきい値となる回数だけ変化したと判断する時点までの期間である。
【００２０】
張力制御演算部２４は、設定した張力指令値Ｔｒと張力制御量である張力検出値Ｔｆｂとの偏差、すなわち張力制御偏差値である張力偏差値Ｔｅと、調整実行指令Ｒｔとを入力とし、調整実行指令Ｒｔがオフである通常の状態においては、張力偏差値Ｔｅに対して、制御パラメータである比例ゲインを乗じて得た比例補償と、張力偏差値Ｔｅに制御パラメータである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償との和を張力制御補正値Ｖｃとして出力する。また、調整実行指令Ｒｔがオンとなり自動調整期間になったとき、出力である張力制御補正値Ｖｃは調整実行指令Ｒｔがオンになる自動調整期間の直前の値を保ち、一定値を出力する。直前の値を保つ動作は、例えば比例ゲイン及び積分ゲインを０にし、積分の出力を保持することで実現することができる。
【００２１】
２値出力部２５は、加振信号生成部である。２値出力部２５は、調整実行指令Ｒｔがオンである自動調整期間に動作し、張力偏差値Ｔｅに基づいて、予め設定した加算値振幅Ｄの大きさを持つ＋Ｄと−Ｄの２つの値のうち一方の値を調整時加算値Ｖｄとして出力する。２値出力部２５では、具体的には、張力偏差値Ｔｅの符号に応じて＋Ｄまたは−Ｄのどちらかが選択される。この選択に際しては、張力偏差値Ｔｅにローパスフィルタを作用させた結果の符号に対応させてもよいし、または、単純に張力偏差値Ｔｅの符号に応じて選択するだけでなく張力偏差値Ｔｅに非線形なヒステリシス特性を持たせた信号に基づいて＋Ｄと−Ｄから選択してもよい。
【００２２】
ここで、上記の２値出力部２５の動作は、温度調整制御で用いられるリミットサイクル法と呼ばれる方法と同様であり、調整実行指令Ｒｔがオンになると、２値出力部２５が出力する調整時加算値Ｖｄと張力偏差値Ｔｅは発振する。このようにリミットサイクル法を用いると、ユーザにより設定されるパラメータが不要であり、短時間で制御パラメータの調整を行うことが可能である。
【００２３】
ゲイン演算部２７は、張力偏差値Ｔｅと調整実行指令Ｒｔとを入力とし、調整実行指令Ｒｔがオンになっている自動調整期間の張力偏差値Ｔｅの振動周期と振幅とを測定し、その結果に基づいて張力制御演算部２４の比例ゲインの候補である比例ゲイン候補値と、積分ゲインの候補である積分ゲイン候補値とを計算する。ゲイン演算部２７は、具体的には、比例ゲイン候補値を張力偏差値Ｔｅの振幅の逆数に定数を乗じた値として計算し、積分ゲイン候補値を比例積分演算の積分時定数が振動周期に定数を乗じた値として計算する。調整実行指令Ｒｔがオフとなり、比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値の計算が完了した時点で、オンまたはオフの信号であるゲイン演算完了信号をオンとする。ゲイン演算完了信号は、計算完了信号と呼ぶこともできる。また、ゲイン演算完了信号は一度オンとなった後に再びオフに戻る。ゲイン演算部２７は、計算した比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値と、ゲイン演算完了信号とを含むゲイン演算結果Ｇｔを出力する。
【００２４】
ゲインテーブル生成部２８は、ゲイン演算結果Ｇｔと速度軸速度指令値Ｖｒ２とを入力とし、入力された速度軸速度指令値Ｖｒ２の値を搬送条件変数とし、搬送条件変数にゲイン演算結果Ｇｔに含まれる比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とを関連付けて、搬送条件変数と速度軸速度指令値Ｖｒ２に関連付けられた比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値をゲインテーブル２９に書き込む。このとき、ゲインテーブル生成部２８がゲインテーブル２９に書き込みを行うのは、入力されたゲイン演算結果Ｇｔに含まれるゲイン演算完了信号がオンに変化した時点とする。
【００２５】
ゲインテーブル２９は、複数の搬送条件変数と、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値とからなる組を保存する。ゲインテーブル２９は、記憶媒体であり、外部からの操作により情報の書き込みまたは情報の読み出しが可能であればよく、特定の構成に限定されるものではない。記憶媒体には、フラッシュメモリ及びハードディスクドライブを例示することができる。
【００２６】
ゲイン決定部３０は、速度軸速度指令値Ｖｒ２を入力とし、入力される速度軸速度指令値Ｖｒ２に対応する搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とをゲインテーブル２９から読み出し、張力制御演算部２４の比例ゲイン及び積分ゲインの値として設定または変更する。このとき、ゲイン決定部３０は、ゲインテーブル２９に保存してある比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値のうち、入力される速度軸速度指令値Ｖｒ２の値に対応する搬送条件変数に最も近い搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を読み出すものとしてもよいし、比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を各々複数読み出して、それらに基づいて新たに比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値を図２に示すように計算してもよい。このように、ゲイン決定部３０が搬送条件変数を入力としてゲインテーブル２９から読み出した制御パラメータ候補値に基づいて張力制御演算部２４の制御パラメータを変更することで、ゲインテーブル２９に保存される複数の制御パラメータの組のうち、搬送条件に適切な制御パラメータが張力制御に使用され、搬送条件の変更に伴うユーザの制御パラメータの変更を簡易に行うことができる。
【００２７】
図２は、搬送条件変数を横軸とし、ゲインテーブル２９に保存されている候補値と新たに計算される候補値をプロットした図の一例を示す図である。例えば、図２に示すように、搬送条件変数の値「１０」に関連付けられた比例ゲイン候補値が「２」であり、搬送条件変数の値「３０」に関連付けられた比例ゲイン候補値が「６」であるとしてゲインテーブル２９に保存されているとき、ゲイン決定部３０に搬送条件変数の値「２０」が入力されると、ゲイン決定部３０は搬送条件変数の値「１０」と「３０」に関連付けられた各々の比例ゲイン候補値である「２」と「６」を読み出して、搬送条件変数の値「２０」がそれらの中間の値であることから、比例ゲイン候補値を「４」として新たに計算してもよい。このように、ゲイン決定部３０がゲインテーブル２９から読み出した制御パラメータ候補値を補正して、張力制御演算部２４の制御パラメータの値を変更すると、ゲインテーブル２９の値が離散的なものであっても、複数の値を参照して補間することで、常に適した制御パラメータを得ることができる。
【００２８】
減算器９０は、張力指令値Ｔｒから張力検出値Ｔｆｂを減算した値を張力偏差値Ｔｅとして出力する。
【００２９】
加算器９１は、張力制御補正値Ｖｃに調整時加算値Ｖｄを加算して出力する。
【００３０】
加算器９２は、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０と加算器９１の出力値とを加算した値を張力軸速度指令値Ｖｒ１として出力する。加算器９２は、張力軸速度指令値生成部である。
【００３１】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置１００の奏する効果について述べる。
【００３２】
ロール間搬送制御装置１００の立ち上げ時のように、張力制御演算部２４の比例ゲインと積分ゲインが適切に調整されておらず、張力制御演算部２４の応答が良好ではない状態において、調整実行指令生成部２６が調整実行指令Ｒｔをオンとすることで、調整実行指令生成部２６が出力する調整実行指令Ｒｔがオンとなっている調整期間には、張力偏差値Ｔｅの正負の符号に応じて、調整時加算値Ｖｄが＋Ｄまたは−Ｄをとり、これに応じて張力偏差値Ｔｅが変化するため、調整時加算値Ｖｄ及び張力偏差値Ｔｅは振動する。すなわち、リミットサイクルによる自励振動を生じる。
【００３３】
ここで、調整時加算値Ｖｄと張力検出値Ｔｆｂの時間応答の例を図３から図６に示す。図３から図６は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００の挙動を表す、横軸が時間の時間応答グラフを示す図である。図３は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００における調整実行指令Ｒｔの時間応答グラフであり、図４は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００における調整時加算値Ｖｄの時間応答グラフであり、図５は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００における張力軸速度指令値Ｖｒ１の時間応答グラフであり、図６は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００における張力検出値Ｔｆｂの時間応答グラフである。図３から図６において、横軸における時刻ｔ１は同じ時刻であり、時刻ｔ２も同じ時刻である。
【００３４】
ゲイン演算部２７は、上述のように調整実行指令Ｒｔがオンになっている調整期間の張力偏差値Ｔｅの振動周期と振幅とから張力制御演算部２４の比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値の計算を行い、さらにゲインテーブル生成部２８の動作により、ゲイン演算部２７で計算された比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値は、現在の速度軸速度指令値Ｖｒ２に対応する搬送条件変数に関連付けられてゲインテーブル２９に保存される。
【００３５】
ここで、調整実行指令Ｒｔがオンになっている調整期間は、上述のように予め時間長が設定されていてもよく、すなわち、一定の期間であってもよいが、硬い金属から柔らかい樹脂までの多様な材料が搬送の対象となる場合には、上記のリミットサイクルによる振動周波数が大きく異なり、また、実現できる制御の応答周波数も大きく異なるため、張力偏差値Ｔｅの振動周波数を決まった数だけ数えて調整期間を終了するように設定することが望ましい。このとき、搬送材１１の素材が、金属及び紙をはじめとする張力変化による伸びが小さい材料である場合には、数Ｈｚ以上の速さでリミットサイクルによる振動が生じるため、上記の調整期間は１秒程度あればよい。また、搬送材１１の素材が、樹脂をはじめとする張力変化による伸びが大きい材料である場合には、実現できる制御の応答も遅くなるが、このような場合であっても上記の調整期間は数秒程度の短時間で足り、且つ１回の調整動作だけで最適なゲインを計算することができる。
【００３６】
また、一方で、ゲイン決定部３０は、ゲインテーブル２９から現在の速度軸速度指令値Ｖｒ２に対応する比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とを読み出し、張力制御演算部２４に設定するので、張力制御演算部２４の応答は調整された良好な応答となる。
【００３７】
上記の操作を速度軸速度指令値Ｖｒ２の異なる複数の搬送条件にて、適切なタイミングで一例として外部からの操作による指示入力によって調整実行指令Ｒｔの信号を出力するだけで、各々の搬送条件において適切な複数の比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値の組が搬送条件に関連付けられてゲインテーブル２９に保存されることとなる。本実施の形態におけるロール間搬送制御装置１００では、調整動作において張力制御補正値Ｖｃの値のみを変更すればよい。そのため、調整期間には搬送条件変数である速度軸速度指令値Ｖｒ２の値の変更が不要であり、搬送条件変数に影響が及ばず、各搬送条件における適切な制御パラメータを計算することができる。
【００３８】
複数の搬送条件における適切な比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値がゲインテーブル２９に保存されることにより、搬送条件が変更された場合には、ゲイン決定部３０がゲインテーブル２９に保存されている値の中から適切な比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を選択して張力制御演算部２４に適用するため、ロール間搬送制御装置１００のユーザは搬送条件の変更に伴って張力制御演算部２４の比例ゲイン及び積分ゲインを変更する手間を省くことができ、良好な応答を得ることができる。
【００３９】
また、調整実行指令生成部２６において外部からの操作により調整実行指令Ｒｔをオンにしたときの搬送条件における比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値が、搬送条件変数に関連付けられて順次保存されるため、ゲインテーブル２９に記憶される値を生成するために搬送条件の条件数を予め定める必要がなく、簡単にゲインテーブル２９に記憶される値を生成することができる。
【００４０】
一般に、ロール間搬送制御装置では、搬送材の搬送速度が変更されることにより速度軸ロールの速度が変更されると、時間当たりに巻き出される搬送材の材料長が変化するため、張力軸ロールと速度軸ロールとの速度差に対する張力の発生特性が変化する。特に、搬送材が樹脂をはじめとする柔らかく伸びの大きい素材である場合には、搬送速度の変更に伴う、張力軸ロールと速度軸ロールの速度差に対する張力の発生特性の変化が顕著である。そのため、従来のロール間搬送制御装置では、搬送材の搬送速度を変更するたびに、各搬送速度において、比例ゲインまたは積分ゲインの制御パラメータを変更しつつ、張力検出値の応答を調べて適切な制御パラメータを探索する必要があった。本実施の形態のロール間搬送制御装置１００によれば、搬送材の搬送速度を変更した際に、調整実行指令生成部２６が調整実行指令Ｒｔをオンとするだけで、そのときの速度軸の速度に対する適切な比例ゲイン及び積分ゲインが計算され、ゲインテーブル２９の値を生成することが可能である。
【００４１】
なお、上記の説明において、張力制御量検出器２０は張力検出値Ｔｆｂを出力するものとして説明したが、搬送材１１の張力自体を検出して出力するものでなくてもよく、例えば張力制御量検出器２０が、ダンサと呼ばれる機構を搬送材１１に押し付けて、その変位量であるダンサ変位を検出して出力する検出器であってもよい。
【００４２】
このように、張力制御量検出器２０が搬送材１１の張力を直接的に出力しなくても、張力変動の影響により出力が変化する変数、言い換えると、一定値となるように制御することで搬送材１１の張力が一定に保たれるような変数である張力制御量を検出すればよい。この場合には、上述の説明における張力検出値Ｔｆｂ、張力指令値Ｔｒ及び張力偏差値Ｔｅを、適宜、適切な張力制御量、張力指令値及び張力制御偏差値に置き換えればよい。
【００４３】
また、本実施の形態では、張力制御演算部２４は比例補償及び積分補償からなるものとして、制御パラメータは比例ゲイン及び積分ゲインであるものとして記述したが、微分補償を追加して制御パラメータに微分ゲインを追加してもよい。
【００４４】
本実施の形態では、速度軸速度指令値Ｖｒ２を搬送条件変数としたが、異なる複数の搬送速度に応じて適切な制御パラメータを保存するゲインテーブルの値を生成するためには、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０を搬送速度変数としてもよい。
【００４５】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００では、ゲイン決定部３０を他の自動調整機能を有する構成要素と同時に備えるものとしたが、例えばゲイン決定部３０を備えることなく、ゲインテーブル２９の作成だけを自動調整機能を用いつつ行って、逆に、ロール間搬送制御装置の通常の運転時には、ゲインテーブル２９及びゲイン決定部３０を備えるものの、自動調整の機能を有しない構成としてもよい。
【００４６】
従来の技術によれば、初期の搬送運転時に行う自動調整の際に、制御ゲインが適切でない場合には制御ゲインを徐々に下げるが、この制御ゲインの下げ幅を決めることができないため、実際の運用では制御ゲインの下げ幅を必要以上に小さく設定しなければならず、張力検出値の応答波形を調べて制御ゲインの変更判定を行う動作と制御ゲインを下げる動作とを何度も繰り返し行う必要があり、適切な制御ゲインの探索に時間がかかるという問題点があった。
【００４７】
また、従来の技術によれば、搬送材が同じであれば、初期の搬送運転時の１回だけ自動調整を行うことが想定されているが、搬送材の種類または搬送機構の構成によっては、搬送条件の変化によって、一定の制御ゲインでは制御を良好に保てない場合がある。例えば、搬送材の搬送速度が変更されると、巻き出し軸から単位時間当たりに供給される搬送材の材料長が変化し、ロール間に新たに搬送材が供給される速さが変わるため、張力軸ロールと速度軸ロールの速度差に対する張力の発生特性が変化する。また、搬送開始の時間経過に伴って巻き取り軸は徐々に巻き太るために巻き取り軸を駆動するモータのトルクがロール表面に伝達するまでの時間に遅れが生じ、一方で巻き出し軸ではモータのトルクがロール表面に伝達するまでの時間が短縮され、モータの速度が変更されてから張力に影響が現れるまでの時間が各々変化する。また、ロール径が非常に大きい場合にはモータの小さなトルク変化はロールに巻きついている搬送材に吸収されてしまい、ロール表面まで伝達されない場合があるため、搬送材の搬送開始からの時間が経過するにつれて巻き出し軸または巻き取り軸のロール径が変化することでも張力軸ロールと速度軸ロールの速度差に対する張力の発生特性が変化する。このような場合、ロール間搬送制御装置において常に良好な張力制御の応答性能を得るためには、張力制御演算部のフィードバック制御の制御パラメータを、搬送速度をはじめとする搬送条件に応じて適宜変更する必要があるところ、従来の技術によれば、初期の搬送運転時の１回だけ自動調整を行うことが想定されているため、初期の搬送運転時に自動調整を行った直後は張力制御演算部の良好な応答性能を得られるが、搬送条件の変更に伴って張力制御演算部の応答は良好ではなくなってしまうという問題点があった。
【００４８】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置１００は、上記のように動作することで、複数の搬送条件において適切な比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値との組がゲインテーブルに保存されるため、設定した搬送速度の条件で、張力制御演算部の制御ゲインの事前設定の状況によらず、また試行錯誤または経験に基づく知識が不要であり、短時間で張力制御演算部のゲインを適切な値に設定することができ、搬送条件の変更が伴う場合にも、張力を所望の値に保ちつつ搬送材をロール間で搬送する制御をユーザが簡単に実現することができる。
【００４９】
すなわち、本実施の形態によれば、ロール間における搬送材の搬送中に張力制御の制御ゲインを上げ下げして制御ゲインの探索を行うことを必要とせず、搬送材の搬送速度をはじめとする搬送条件が変更された場合にも即座に適切な制御ゲインに調整され、常に張力制御の良好な応答性能を実現することが可能なロール間搬送制御装置を得ることができる。
【００５０】
実施の形態２．
実施の形態１に示すロール間搬送制御装置１００では、速度軸速度指令値Ｖｒ２を搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲインと積分ゲインの候補値がゲインテーブルに保存されるが、張力軸ロールのロール径を搬送条件変数としてもよい。本実施の形態によれば、ロールのロール径の変化に伴う張力の発生特性の変化があっても、各ロール径において適切な制御ゲインを生成してゲインテーブルに保存することができる。
【００５１】
図７は、本発明にかかるロール間搬送制御装置の実施の形態２の構成を示すブロック線図である。図７に示すロール間搬送制御装置２００では、張力軸ロールのロール径が搬送条件変数としてゲインテーブル２９に保存される。なお、図７において、図１と同一符号のブロックは実施の形態１と同一の構成を表し、その説明を省略する。
【００５２】
図７に示すロール間搬送制御装置２００は、ロール径センサ１６、張力制御量検出器２０、張力軸速度制御器２１、速度軸速度制御器２２、同期速度指令生成部２３、張力制御演算部２４、２値出力部２５、調整実行指令生成部２６、ゲイン演算部２７、ゲインテーブル生成部２２８、ゲインテーブル２９、ゲイン決定部２３０、ロール径演算部２３１、減算器９０、加算器９１及び加算器９２を備える。
【００５３】
ロール径センサ１６は、例えばレーザ変位計であり、ロール径が増減する張力軸ロール１３のロール表面の位置を検出可能である。ロール径センサ１６は、ロール径センサ出力値Ｌｍを出力する。
【００５４】
ロール径演算部２３１は、ロール径センサ出力値Ｌｍを入力とし、ロール径センサ出力値Ｌｍに基づいて、張力軸ロール１３の半径または直径であるロール径演算値ＤＴを計算し、出力する。
【００５５】
ゲインテーブル生成部２２８は、ロール径演算値ＤＴと、比例ゲイン候補値、積分ゲイン候補値及びゲイン演算完了信号を含むゲイン演算結果Ｇｔとを入力とし、ゲイン演算結果Ｇｔに含まれるゲイン調整完了信号がオンである場合にのみ、ゲイン演算結果Ｇｔに含まれる比例ゲイン候補と積分ゲイン候補とを、ロール径演算値ＤＴに対応する搬送条件変数に関連付けてゲインテーブル２９に保存する。
【００５６】
ゲイン決定部２３０は、ロール径演算値ＤＴを入力として、入力されるロール径演算値ＤＴの値に対応する搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値をゲインテーブル２９から読み出し、これらの値を張力制御演算部２４の比例ゲインと積分ゲインの値として設定する。このとき、ゲイン決定部２３０は、ゲインテーブル２９に保存してある比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値のうち、入力されるロール径演算値ＤＴの値に対応する搬送条件変数に最も近い搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とを読み出してもよいし、実施の形態１にて図２を参照して説明したように、比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を各々複数読み出して、読み出した比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値から新たに比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を計算してもよい。
【００５７】
本実施の形態により、ロール径の異なる複数の搬送条件において調整実行指令生成部２６が調整実行指令Ｒｔをオンとすることで、実施の形態１と同様に張力偏差値Ｔｅと張力軸速度指令値Ｖｒ１が一定周期で発振するリミットサイクルが発生し、ゲイン演算部２７は、調整実行指令Ｒｔがオンとなっている調整期間の張力偏差値Ｔｅに基づいて比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値の計算を行う。調整実行指令Ｒｔがオンからオフとなり、ゲイン演算部２７において比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値の計算が完了した時点で、計算された比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値と、オンとなったゲイン演算完了信号とを含むゲイン演算結果Ｇｔが出力される。
【００５８】
ゲインテーブル生成部２２８により、ロール径演算値ＤＴを搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値がゲインテーブル２９に保存される。
【００５９】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置２００の奏する効果について述べる。
【００６０】
図７に示すロール間搬送制御装置２００では、搬送材の搬送が行われるにつれて巻き取り軸は徐々に巻き太るために巻き取り軸を駆動するモータのトルクがロール表面に伝達するまでの時間に遅れが生じ、一方で巻き出し軸ではモータのトルクがロール表面に伝達するまでの時間が短縮され、モータの速度が変更されてから張力に影響が現れるまでの時間が各々変化する。また、ロール径が非常に大きい場合にはモータの小さなトルク変化はロールに巻きついている搬送材に吸収されてしまい、ロール表面まで伝達されない場合がある。よって、搬送材の搬送開始からの時間が経過するにつれて巻き出し軸または巻き取り軸のロール径が変化することでも張力軸ロールと速度軸ロールの速度差に対する張力の発生特性が変化する。
【００６１】
つまり、ロール径の変化に伴って張力制御演算部２４の比例ゲイン及び積分ゲインをはじめとする制御パラメータの適切な値が異なる。
【００６２】
本実施の形態によれば、搬送材の搬送中にロール径が変化する場合にでも、調整実行指令生成部２６が調整実行指令Ｒｔをオンとすることで、そのロール径に対する適切な張力制御演算部２４の比例ゲイン及び積分ゲインが設定されるので、張力制御の良好な応答を維持することができる。
【００６３】
また、ロール径を搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値がゲインテーブル２９に順次保存されるので、各ロール径の値に適した比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値をゲインテーブル２９に保存することが可能である。
【００６４】
連続的なロール径の変化に対してゲインテーブル２９に保存される値は離散値である。しかし、本実施の形態のゲイン決定部２３０はゲインテーブル２９から比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を各々複数読み出して、読み出した複数の候補値に基づいて新たな候補値を生成することが可能であるため、ロール径が連続的に変化した場合であっても、常に適切な比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とを張力制御演算部２４に対して適用することができる。
【００６５】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置２００は、上記のように動作することで、複数の張力軸のロール径において適切な比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値との組がゲインテーブルに保存されるため、張力制御演算部の制御ゲインの事前設定の状況によらず、また試行錯誤または経験に基づく知識が不要であり、短時間で張力制御演算部のゲインを適切な値に設定することができ、ロール径の変更が伴う場合にも、張力を所望の値に保ちつつ搬送材をロール間で搬送する制御をユーザが簡単に実現することができる。
【００６６】
また、本実施の形態では、ロール径センサ１６を使用してロール径の演算を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロール径を推定することができる他の機構が用いられてもよい。例えば、搬送材の厚みと巻き取り軸の回転数との積算によりロール径を計算してもよいし、搬送材１１の搬送速度と張力軸ロール１３の回転数との比に基づいてロール径を計算してもよい。本実施の形態におけるロール間搬送制御装置２００では、調整動作において張力制御補正値Ｖｃの値のみを変更すればよい。そのため、調整期間には搬送条件変数であるロール径の値の操作が不要であり、搬送条件変数に影響が及ばず、各搬送条件における適切な制御パラメータを計算することができる。
【００６７】
実施の形態３．
実施の形態１に示すロール間搬送制御装置１００では、速度軸速度指令値Ｖｒ２を搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲインと積分ゲインの候補値がゲインテーブルに保存されるが、搬送開始からの時間を搬送条件変数としてもよい。本実施の形態によれば、搬送材の搬送開始からの時間経過に伴う張力の発生特性の変化があっても、各経過時間において適切な制御ゲインを生成してゲインテーブルに保存することができる。
【００６８】
図８は、本発明にかかるロール間搬送制御装置の実施の形態３の構成を示すブロック線図である。図８に示すロール間搬送制御装置３００では、搬送開始からの経過時間を搬送条件変数とする。なお、図８において、図１と同一符号のブロックは実施の形態１と同一の構成を表し、その説明を省略する。
【００６９】
図８に示すロール間搬送制御装置３００は、張力制御量検出器２０、張力軸速度制御器２１、速度軸速度制御器２２、同期速度指令生成部２３、張力制御演算部２４、２値出力部２５、調整実行指令生成部２６、ゲイン演算部２７、ゲインテーブル生成部３２８、ゲインテーブル２９、ゲイン決定部３３０、経過時間測定部３３２、減算器９０、加算器９１及び加算器９２を備える。
【００７０】
経過時間測定部３３２は、巻き出しを行う速度軸ロールに搬送材１１の原反を取り付けて搬送を開始した時間からの経過時間を測定する。なお、ロール間搬送制御装置３００に何らかの異常が起こって搬送動作が停止した場合には、搬送動作が再開されるまで経過時間の測定は一時停止されるものとする。測定した経過時間を測定時間値ＴＴとして出力する。
【００７１】
ゲインテーブル生成部３２８は、測定時間値ＴＴと、比例ゲイン候補値、積分ゲイン候補値及びゲイン演算完了信号を含むゲイン演算結果Ｇｔとを入力とし、ゲイン演算結果Ｇｔに含まれるゲイン調整完了信号がオンの場合にのみ、ゲイン演算結果Ｇｔに含まれる比例ゲイン候補と積分ゲイン候補とを、測定時間値ＴＴに対応する搬送条件変数に関連付けてゲインテーブル２９に保存する。
【００７２】
ゲイン決定部３３０は、測定時間値ＴＴを入力として、入力される測定時間値ＴＴの値に対応する搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とをゲインテーブル２９から読み出し、これらの値を張力制御演算部２４の比例ゲインと積分ゲインの値として設定する。このとき、ゲイン決定部３３０は、ゲインテーブル２９に保存されている比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値のうち、入力される測定時間値ＴＴの値に対応する搬送条件変数に最も近い搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値を読み出してもよいし、実施の形態１にて図２を参照して説明したように、比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を各々複数読み出して、読み出した比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値から新たに比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値を計算してもよい。
【００７３】
本実施の形態により、搬送開始から一定時間が経過して張力の応答性能が変化した場合に調整実行指令生成部２６が調整実行指令Ｒｔをオンとすることで、実施の形態１と同様に張力偏差値Ｔｅと張力軸速度指令値Ｖｒ１が一定周期で発振するリミットサイクルが発生し、ゲイン演算部２７は、調整実行指令Ｒｔがオンとなっている調整期間の張力偏差値Ｔｅに基づいて比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値の計算を行う。調整実行指令Ｒｔがオンからオフとなり、ゲイン演算部２７において比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値の計算が完了した時点で、計算された比例ゲイン候補値及び積分ゲイン候補値と、オンとなったゲイン演算完了信号を含むゲイン演算結果Ｇｔが出力される。
【００７４】
ゲインテーブル生成部３２８により、測定時間値ＴＴを搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とをゲインテーブル２９に保存する。
【００７５】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置３００の奏する効果について述べる。
【００７６】
図８に示すロール間搬送制御装置３００では、例えば搬送材の搬送速度が上位コントローラにより管理されている場合には、搬送条件を定めるシーケンスが上位コントローラにより一意に決められることが多い。つまり、張力軸のロール径は、原反を新たに設置して搬送を開始してからの経過時間に変化し、搬送材の搬送速度も搬送開始からの経過時間によって変化する場合がある。
【００７７】
つまり、張力軸ロールのロール径及び搬送材の搬送速度が搬送開始からの経過時間に依存して変化するため、適切な張力制御演算部の比例ゲインと積分ゲインの値が搬送開始からの経過時間に依存して変化する場合がある。
【００７８】
本実施の形態によれば、搬送材の搬送開始からの経過時間に伴って張力の応答特性が変化する場合にでも、調整実行指令生成部２６が調整実行指令Ｒｔをオンとすることで、搬送開始からの経過時間に対する適切な張力制御演算部２４の比例ゲインと積分ゲインが設定されるので、張力制御の良好な応答を維持することができる。
【００７９】
また、搬送材の搬送開始からの経過時間を搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とがゲインテーブル２９に順次保存されるので、各ロール径の値に適した比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とを生成することが可能である。
【００８０】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置３００は、上記のように動作することで、搬送開始からの経過時間ごとに、適切な比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値との組がゲインテーブルに保存されるため、張力制御演算部の制御ゲインの事前設定の状況によらず、また試行錯誤または経験に基づく知識が不要であり、短時間で張力制御演算部のゲインを適切な値に設定することができ、搬送開始からの経過時間によって搬送条件が変更される場合にも、張力を所望の値に保ちつつ搬送材をロール間で搬送する制御をユーザが簡単に実現することができる。
【００８１】
本実施の形態では、搬送材の搬送開始からの経過時間を搬送条件変数としたが、本発明はこれに限定されない。搬送材の搬送開始からの速度軸ロールの回転角度の積算値及び張力軸ロールの回転角度の積算値は、搬送材の搬送開始からの経過時間に代えて、搬送条件変数として使用することが可能である。本実施の形態におけるロール間搬送制御装置３００では、調整動作において張力制御補正値Ｖｃの値のみを変更すればよい。そのため、調整期間において、調整のためにロール間搬送制御装置を低速動作させ、または停止させることが不要であり、搬送条件変数である搬送開始からの時間に影響が及ばず、各搬送条件における適切な制御パラメータを計算することができる。
【００８２】
実施の形態４．
実施の形態１に示すロール間搬送制御装置１００では、２値出力部により張力軸速度基準指令値Ｖｒ０に対して正負の矩形波を印加することで張力偏差値Ｔｅを振動させ、張力偏差値Ｔｅの振動波形に基づいて比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値とを計算しているが、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０にステップ信号を印加し、その際の張力偏差値Ｔｅの応答波形に基づいて制御ゲインの調整を行うことも可能である。
【００８３】
本実施の形態では、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０に対してステップ信号、すなわち加振信号を印加することで振動する張力偏差値Ｔｅを観測し、観測される波形に基づいて演算された制御パラメータを複数保存するロール間搬送制御装置４００について説明する。
【００８４】
図９は、本発明にかかるロール間搬送制御装置の実施の形態４の構成を示すブロック線図である。図９に示すロール間搬送制御装置４００では、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０に対してステップ信号、すなわち加振信号を印加することで振動する張力偏差値Ｔｅを観測し、観測される波形に基づいて演算された制御パラメータがゲインテーブルに複数保存される。なお、図９において、図１と同一符号のブロックは実施の形態１と同一の構成を表し、その説明を省略する。
【００８５】
ここで、本実施の形態では張力軸ロール１３が巻き取りを行い、速度軸ロール１５が巻き出しを行うものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。速度軸ロール１５が巻き取りを行い、張力軸ロール１３が巻き出しを行ってもよい。また、張力軸ロール１３及び速度軸ロール１５が巻き取りまたは巻き出しの間で送り動作のみを行い、巻き取りまたは巻き出しを行わない中間軸であってもよい。
【００８６】
図９に示すロール間搬送制御装置４００は、張力制御量検出器２０、張力軸速度制御器２１、速度軸速度制御器２２、同期速度指令生成部２３、張力制御演算部４２４、調整実行指令生成部４２６、ゲイン演算部４２７、ゲインテーブル生成部４２８、ゲインテーブル４２９、ゲイン決定部４３０、ステップ出力部４３３、減算器９０、加算器９１及び加算器９２を備える。
【００８７】
張力制御演算部４２４は、張力制御偏差値である張力偏差値Ｔｅを入力とし、張力偏差値Ｔｅに対して、制御パラメータである比例ゲインを乗じて得た比例補償と、張力偏差値Ｔｅに制御パラメータである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償と、張力偏差値Ｔｅに制御パラメータである微分ゲインを乗じて微分を行って得た微分補償との和を張力制御補正値Ｖｃとして出力する。
【００８８】
調整実行指令生成部４２６は、一例として外部からの操作による指示入力によって、オンかオフかを表す信号である調整実行指令Ｒｔを生成する。基本的には、外部からの操作により調整実行指令Ｒｔをオフからオンに変更し、自動調整期間だけオンの信号を出力した後にオフへと戻す。
【００８９】
ステップ出力部４３３は、加振信号生成部である。ステップ出力部４３３は、調整実行指令Ｒｔを入力とし、調整実行指令生成部４２６が調整実行指令Ｒｔをオンとした時点で、予め定められた大きさＤの正のステップ信号を調整時加算値Ｖｄとして出力する。また、調整実行指令生成部４２６が調整実行指令Ｒｔをオフとした時点より、調整時加算値Ｖｄを０として出力する。
【００９０】
ここでの調整時加算値Ｖｄと張力検出値Ｔｆｂの時間応答の例を図１０から図１３に示す。図１０から図１３は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置４００の挙動を表す、横軸が時間の時間応答グラフを示す図である。図１０は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置４００における調整実行指令Ｒｔの時間応答グラフであり、図１１は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置４００における調整時加算値Ｖｄの時間応答グラフであり、図１２は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置４００における張力軸速度指令値Ｖｒ１の時間応答グラフであり、図１３は、本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置４００の張力検出値Ｔｆｂの時間応答グラフである。図１０から図１３において、横軸における時刻ｔａは同じ時刻であり、時刻ｔｂも同じ時刻である。
【００９１】
ゲイン演算部４２７は、張力検出値Ｔｆｂと調整実行指令Ｒｔとを入力とし、調整実行指令Ｒｔがオンである調整期間の張力検出値Ｔｆｂ及び張力軸速度指令値Ｖｒ１に基づいて、張力制御演算部４２４の比例ゲイン候補値と、積分ゲイン候補値と、微分ゲイン候補値とを計算する。
【００９２】
例えば、張力軸速度指令値Ｖｒ１を入力とし、張力検出値Ｔｆｂを出力する伝達関数は、制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）として下記の式（１）にて表される。
【００９３】
【数１】
2015178084.tif 000003
【００９４】
調整実行指令Ｒｔがオンである調整期間の張力軸速度指令値Ｖｒ１及び張力検出値Ｔｆｂの時系列データに基づいて、例えば最小二乗法により上記の式（１）のＰ（ｓ）を同定する。そして、ここで新たに計算される張力制御演算部４２４の比例ゲイン候補値をＫｐとし、積分ゲイン候補値をＫｉとし、微分ゲイン候補値をＫｄとして、張力制御演算部４２４の伝達関数Ｃ（ｓ）は、下記の式（２）にて表される。
【００９５】
【数２】
2015178084.tif 000004
【００９６】
このとき、閉ループ制御系の特性方程式の係数がバターワース標準形のモデルの係数と一致するように、すなわち下記の式（３）の両辺の係数が一致するように比例ゲイン候補値Ｋｐと、積分ゲイン候補値Ｋｉと、微分ゲイン候補値Ｋｄとを計算する。
【００９７】
【数３】
2015178084.tif 000005
【００９８】
ただし、ｗは閉ループ制御系の応答性を表す変数である。上記の式（３）の係数比較により、比例ゲイン候補値Ｋｐ、積分ゲイン候補値Ｋｉ、微分ゲイン候補値Ｋｄ、変数ｗは一意に決められる。
【００９９】
ゲイン演算部４２７は、調整実行指令生成部４２６により、調整実行指令Ｒｔがオンからオフへと変更された時点で計算された比例ゲイン候補値Ｋｐと、積分ゲイン候補値Ｋｉと、微分ゲイン候補値Ｋｄと、オンまたはオフの信号でありゲインの計算が完了した時点のみオンとなるゲイン演算完了信号とを含むゲイン演算結果Ｇｔを出力する。
【０１００】
ゲインテーブル生成部４２８は、ゲイン演算結果Ｇｔと速度軸速度指令値Ｖｒ２とを入力とし、ゲイン演算結果Ｇｔに含まれるゲイン演算完了信号がオンの場合にのみ、速度軸速度指令値Ｖｒ２に対応する搬送条件変数と、計算された比例ゲイン候補値Ｋｐと、積分ゲイン候補値Ｋｉと、微分ゲイン候補値Ｋｄとを関連付けて、ゲインテーブル４２９に書き込む。
【０１０１】
ゲインテーブル４２９は、複数の搬送条件変数と、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値と微分ゲイン候補値とからなる組を保存する。ゲインテーブル４２９は、記憶媒体であり、外部からの操作により情報の書き込みまたは情報の読み出しを自由に行うことが可能である。記憶媒体には、フラッシュメモリ及びハードディスクドライブを例示することができる。
【０１０２】
ゲイン決定部４３０は、速度軸速度指令値Ｖｒ２を入力とし、入力される速度軸速度指令値Ｖｒ２の値に対応する搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値Ｋｐと積分ゲイン候補値Ｋｉと微分ゲイン候補値Ｋｄとをゲインテーブル４２９から読み出し、張力制御演算部４２４の比例ゲインと積分ゲインと微分ゲインの値として設定する。
【０１０３】
このとき、ゲイン決定部４３０は、ゲインテーブル４２９に保存してある比例ゲイン候補値Ｋｐ、積分ゲイン候補値Ｋｉ及び微分ゲイン候補値Ｋｄのうち、入力される速度軸速度指令値Ｖｒ２に対応する搬送条件変数に最も近い搬送条件変数に関連付けられた比例ゲイン候補値Ｋｐと積分ゲイン候補値Ｋｉと微分ゲイン候補値Ｋｄとを読み出すものとしてもよいし、比例ゲイン候補値Ｋｐ、積分ゲイン候補値Ｋｉ及び微分ゲイン候補値Ｋｄを各々複数読み出して、読み出した比例ゲイン候補値Ｋｐ、積分ゲイン候補値Ｋｉ及び微分ゲイン候補値Ｋｄに基づいて新たに比例ゲイン候補値Ｋｐと積分ゲイン候補値Ｋｉと微分ゲイン候補値Ｋｄとを計算してもよい。
【０１０４】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置４００の奏する効果について述べる。
【０１０５】
本実施の形態によれば、調整実行指令生成部４２６が調整実行指令Ｒｔをオンとすることで、張力制御演算部４２４の制御パラメータである比例ゲインと積分ゲインと微分ゲインが適切な値に調整され、ゲインテーブル４２９に比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値と微分ゲイン候補値が、速度軸速度指令値Ｖｒ２に関連付けられて保存される。
【０１０６】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置４００は、上記のように動作することで、複数の搬送条件において適切な比例ゲイン候補値と積分ゲイン候補値と微分ゲイン候補値の組がゲインテーブルに保存されるため、設定した搬送速度の条件で、張力制御演算部の制御ゲインの事前設定の状況によらず、また試行錯誤または経験に基づく知識が不要であり、短時間で張力制御演算部のゲインを適切な値に設定することができ、搬送条件の変更が伴う場合にも、張力を所望の値に保ちつつ搬送材をロール間で搬送する制御をユーザが簡単に実現することができる。
【０１０７】
本実施の形態では、速度軸速度指令値Ｖｒ２を搬送条件変数としたが、異なる複数の搬送速度に応じて適切な制御パラメータをゲインテーブルに保存するためには、張力軸速度基準指令値Ｖｒ０を搬送速度変数としてもよい。
【０１０８】
また、上記の例では制御対象の伝達関数を３次遅れ系として表現したが、制御対象の伝達関数を一例として５次遅れ系または１０次遅れ系のより高次の伝達関数で表現して同定し、張力制御演算部もより高次の伝達関数で与えてもよく、このような場合には、ＰＩＤ制御と比較してより細かく張力制御の応答性の調整を行うことができ、そこで使用される制御パラメータをゲインテーブルに保存することができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態では制御パラメータを比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインとして、張力制御演算部４２４の伝達特性をＰＩＤ制御として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み遅れ補償、最適レギュレータを用いてもよい。本実施の形態におけるロール間搬送制御装置４００では、調整動作において張力制御補正値Ｖｃの値のみを変更すればよい。そのため、調整期間には搬送条件変数である速度軸速度指令値Ｖｒ２の値の変更が不要であり、搬送条件変数に影響が及ばず、各搬送条件における適切な制御パラメータを計算することができる。
【０１１０】
実施の形態５．
実施の形態１から４に示すロール間搬送制御装置では、搬送条件変数に関連付けられた比例ゲインと積分ゲインの候補値がゲインテーブルに保存されるが、本実施の形態では、搬送条件変数に関連付けられた制御対象の伝達関数のパラメータである応答パラメータが保存される。ここで、制御対象の伝達関数は、張力軸速度指令値Ｖｒ１を入力として張力検出値Ｔｆｂを出力とする伝達関数を指す。
【０１１１】
図１４は、本発明にかかるロール間搬送制御装置の実施の形態５の構成を示すブロック線図である。図１４に示すロール間搬送制御装置５００では、搬送速度を搬送条件変数として、搬送条件変数に関連付けられた制御対象の伝達関数のパラメータがパラメータテーブルに保存される。なお、図１４において、図１と同一符号のブロックは実施の形態１と同一の構成を表し、その説明を省略する。
【０１１２】
図１４に示すロール間搬送制御装置５００は、張力制御量検出器２０、張力軸速度制御器２１、速度軸速度制御器２２、同期速度指令生成部２３、張力制御演算部２４、２値出力部２５、調整実行指令生成部２６、制御対象同定部５２７、パラメータテーブル生成部５２８、パラメータテーブル５２９、ゲイン決定部５３０、減算器９０、加算器９１及び加算器９２を備える。
【０１１３】
制御対象同定部５２７は、張力偏差値Ｔｅと調整実行指令Ｒｔとを入力とし、調整実行指令Ｒｔがオンになっている自動調整期間における張力偏差値Ｔｅの振動周期と振幅とを測定し、その測定結果から制御対象の伝達関数のパラメータを計算する。制御対象同定部５２７は、具体的には、制御対象の伝達関数を、積分器と無駄時間器との積で近似し、その積分器の積分ゲイン値である制御対象積分ゲイン値と、無駄時間器の無駄時間値である制御対象無駄時間値とを計算する。調整実行指令Ｒｔがオフとなり、制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値の計算が完了した時点で、オンまたはオフの信号である同定完了信号をオンとする。同定完了信号は、計算完了信号と呼ぶこともできる。また、同定完了信号は一度オンとなった後に再びオフに戻る。制御対象同定部５２７は、計算した制御対象積分ゲイン値と、制御対象無駄時間値と、同定完了信号とを含む同定結果Ｉｔを出力する。
【０１１４】
パラメータテーブル生成部５２８は、同定結果Ｉｔと速度軸速度指令値Ｖｒ２とを入力とし、入力された速度軸速度指令値Ｖｒ２の値を搬送条件変数として、同定結果Ｉｔに含まれる制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値とを搬送条件変数に関連付けて、搬送条件変数及び速度軸速度指令値Ｖｒ２に関連付けられた制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値とをパラメータテーブル５２９に書き込む。このとき、パラメータテーブル生成部５２８のパラメータテーブル５２９への書き込みは、入力された同定結果Ｉｔに含まれる同定完了信号がオンに変化した時点である。
【０１１５】
パラメータテーブル５２９は、複数の搬送条件変数と、搬送条件変数に関連付けられた制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値とにより構成される組を保存する。パラメータテーブル５２９は記憶媒体であり、外部からの操作により情報の書き込み及び情報の読み出しが可能であればよく、特定の構成に限定されるものではない。記憶媒体には、フラッシュメモリ及びハードディスクドライブを例示することができる。
【０１１６】
ゲイン決定部５３０は、速度軸速度指令値Ｖｒ２を入力とし、入力される速度軸速度指令値Ｖｒ２に対応する搬送条件変数に関連付けられた制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値とをパラメータテーブル５２９から読み出し、制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値から比例ゲイン及び積分ゲインの値を計算し、張力制御演算部２４の比例ゲイン及び積分ゲインの値として設定または変更する。このとき、ゲイン決定部５３０は、パラメータテーブル５２９に保存してある制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値のうち、入力される速度軸速度指令値Ｖｒ２の値に対応する搬送条件変数に最も近い搬送条件変数に関連付けられた制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値を読み出してもよいし、制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値を各々複数読み出して、読み出した制御対象積分ゲイン値及び制御対象無駄時間値から、新たに制御対象積分ゲイン値及び制御対象無駄時間値を計算してもよい。このように、ゲイン決定部５３０が搬送条件変数を入力としてパラメータテーブル５２９から読み出した制御対象積分ゲイン値及び制御対象無駄時間値から制御パラメータを演算し、張力制御演算部２４の制御パラメータを変更することで、パラメータテーブル５２９に保存される複数の制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値との組のうち、搬送条件に適切な制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間値との組から計算される制御パラメータが張力制御に使用され、搬送条件の変更に伴うユーザの制御パラメータの変更を簡易に行うことができる。ここで、制御対象積分ゲイン値及び制御対象無駄時間値から計算される制御パラメータは、一例としてＺｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則を用いて計算することができるが、これに限定されず、その他の調整則を用いてもよい。
【０１１７】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置５００の奏する効果について述べる。
【０１１８】
一般的に、制御対象の伝達関数から制御パラメータが調整される場合であっても、その調整則によって張力制御の応答特性は異なる。例えばＺｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則では外乱応答は良好であるが、指令応答に対するオーバーシュートが大きくなるといった特徴がある。本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置５００によれば、パラメータテーブルを作成した後に、ゲイン決定部５３０における制御パラメータの調整則をロール間搬送制御装置のユーザが変更することで、パラメータテーブル５２９に保存される制御対象の伝達関数のパラメータを利用して、複数の調整則から計算される制御パラメータを得ることが可能となる。そのため、パラメータテーブルを作成した後にも張力制御の応答特性を変更することができる。
【０１１９】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置５００では、パラメータテーブル５２９に保存されるパラメータが制御対象積分ゲイン値と制御対象無駄時間であるとしたが、例えば制御対象の伝達関数を１次遅れの伝達関数で近似して、その比例ゲイン値及び時定数値をパラメータテーブルに保存するパラメータとしてもよいし、制御対象をさらに高次の伝達関数で近似して、その分母多項式と分子多項式の係数をパラメータテーブルに保存するパラメータとしてもよい。
【０１２０】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置５００では、保存される制御対象の伝達関数は、張力軸速度指令値Ｖｒ１を入力として張力検出値Ｔｆｂを出力とする伝達関数であるとして説明を行ったが、張力軸ロールの周速度に対する張力検出値Ｔｆｂの応答特性を含む伝達関数であれば、伝達関数から張力制御演算部２４の制御ゲインを決定することが可能であるので同様の効果を得られる。
【０１２１】
本実施の形態にかかるロール間搬送制御装置５００では、調整動作において張力制御補正値Ｖｃの値のみを変更すればよい。そのため、調整期間には搬送条件変数である速度軸速度指令値Ｖｒ２の値の変更が不要であり、搬送条件変数に影響が及ばず、各搬送条件における適切な制御パラメータを計算することができる。
【０１２２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上のように、本発明にかかるロール間搬送制御装置は、良好な応答性能で張力制御を行うことが要求される場合に有用であり、特に搬送条件の変更の頻度が高いロール間搬送制御装置に適している。
【符号の説明】
【０１２４】
１  ロール間搬送機構、１１  搬送材、１２  張力軸モータ、１３  張力軸ロール、１４  速度軸モータ、１５  速度軸ロール、１６  ロール径センサ、２０  張力制御量検出器、２１  張力軸速度制御器、２２  速度軸速度制御器、２３  同期速度指令生成部、２４，４２４  張力制御演算部、２５  ２値出力部、２６，４２６  調整実行指令生成部、２７，４２７  ゲイン演算部、２８，２２８，３２８，４２８  ゲインテーブル生成部、２９，４２９  ゲインテーブル、３０，２３０，３３０，４３０  ゲイン決定部、９０  減算器、９１，９２  加算器、１００，２００，３００，４００，５００  ロール間搬送制御装置、２３１  ロール径演算部、３３２  経過時間測定部、４３３  ステップ出力部、５２７  制御対象同定部、５２８  パラメータテーブル生成部、５２９  パラメータテーブル、５３０  ゲイン決定部。
【図１】
2015178084.tif 000006
【図２】
2015178084.tif 000007
【図３】
2015178084.tif 000008
【図４】
2015178084.tif 000009
【図５】
2015178084.tif 000010
【図６】
2015178084.tif 000011
【図７】
2015178084.tif 000012
【図８】
2015178084.tif 000013
【図９】
2015178084.tif 000014
【図１０】
2015178084.tif 000015
【図１１】
2015178084.tif 000016
【図１２】
2015178084.tif 000017
【図１３】
2015178084.tif 000018
【図１４】
2015178084.tif 000019
【国際調査報告】
2015178084.tif 000020
2015178084.tif 000021
2015178084.tif 000022
2015178084.tif 000023