(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材を搬送するロールと、前記ロールを駆動するモータとを備えるプロセスラインに用いられる学習型張力制御装置であって、
前記材の実張力を検出する張力検出器と、
速度基準に応じたメカロストルクを出力するメカロス補償回路と、
前記ロールおよび前記モータの慣性モーメントと、前記速度基準とに基づいて加減速トルクを出力する加減速補償回路と、
目標張力と前記実張力との張力偏差が零になるように前記目標張力を補正した補正後目標張力を目標トルクに変換し、前記目標トルクを、前記メカロス補償回路から出力されたメカロストルクおよび前記加減速補償回路から出力された加減速トルクで補正したトルク基準に基づいて、前記モータを制御する制御回路と、
前記張力偏差を前記ロールの実半径で除算してトルク偏差に変換する変換回路と、
前記ロールが一定速度である場合に、前記トルク偏差をメカロストルク誤差とみなして、前記メカロス補償回路に記憶された前記速度基準に応じたメカロストルクを前記メカロストルク誤差に基づいて更新するメカロストルク更新回路と、
前記ロールが加速または減速している場合に、前記トルク偏差と前記速度基準から慣性モーメント誤差を計算する計算回路と、
前記加減速補償回路に記憶された前記慣性モーメントを前記慣性モーメント誤差に基づいて更新する慣性モーメント更新回路と、
を備えることを特徴とする学習型張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロセスラインの学習型張力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は、非鉄金属プロセスラインの張力制御装置をループカーに適用した構成例を示す図である。１は金属材料（鉄および非鉄金属）からなるストリップ、２、３はブライドルロール、４はループカーである。ループカー４はモータ５により駆動される。６はストリップ１の張力を測定する張力検出器である。
【０００３】
ストリップ１に与えられる目標張力ＴＡＩＭは、張力・トルク変換回路７で目標トルクＱＡＩＭに変換される。目標トルクＱＡＩＭに、メカロストルクＱＬと加減速トルクＱＦが加算されて、トルク基準ＱＲＥＦとして、トルク制御回路８へ導入される。トルク制御回路８は、トルク基準ＱＲＥＦに基づいて電力変換器（図示せず）を介してモータ５のトルクを制御する。
【０００４】
目標張力ＴＡＩＭと、張力検出器６により検出された実張力ＴＦＢＫとの張力偏差ΔＴは、増幅器１１に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、張力偏差ΔＴが零となるように制御される。
【０００５】
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、特許文献１を認識している。特許文献１は、フィードフォワード補償を要しない張力制御装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４９０４７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したメカロストルクＱＬは、ループカー４とモータ５の摩擦などの機械損トルクであり、速度基準ＳＰＲＥＦ毎に関数テーブルに保存されている。また、上述した加減速トルクＱＦは、加減速時に必要なトルクであり、ループカー４とモータ５の慣性モーメント（機械慣性モーメント）の和Ｊに基づいて算出される。上述の張力制御装置では、メカロストルクＱＬや、慣性モーメントＪは、定数として記憶されている。そのため、当初は現物に合っていても、機械の経時変化（すなわち、機械摩耗などによるメカロスの増加や、ロール摩耗による慣性の減少）が進むと、メカロストルク補償量や加減速トルク補償量が実際に必要な適正値に対して、徐々に乖離が大きくなる。その結果、補償不足あるいは過補償となり、その分が目標張力ＴＡＩＭとの差となって、張力制御精度を悪化させる要因となっていた。
【０００８】
上述のように、張力偏差ΔＴは、増幅器１１に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、ΔＴが零となるように制御されるが、フィードバック制御系のため遅れが生じるため十分とはいえない。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる学習型張力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上記の目的を達成するため、材を搬送するロールと、前記ロールを駆動するモータとを備えるプロセスラインに用いられる学習型張力制御装置であって、
前記材の実張力を検出する張力検出器と、
速度基準に応じたメカロストルクを出力するメカロス補償回路と、
前記ロールおよび前記モータの慣性モーメントと、前記速度基準とに基づいて加減速トルクを出力する加減速補償回路と、
目標張力と前記実張力との張力偏差が零になるように前記目標張力を補正した補正後目標張力を目標トルクに変換し、前記目標トルクを、前記メカロス補償回路から出力されたメカロストルクおよび前記加減速補償回路から出力された加減速トルクで補正したトルク基準に基づいて、前記モータを制御する制御回路と、
前記張力偏差を前記ロールの実半径で除算してトルク偏差に変換する変換回路と、
前記ロールが一定速度である場合に、前記トルク偏差をメカロストルク誤差とみなして、前記メカロス補償回路に記憶された前記速度基準に応じたメカロストルクを前記メカロストルク誤差に基づいて更新するメカロストルク更新回路と、
前記ロールが加速または減速している場合に、前記トルク偏差と前記速度基準から慣性モーメント誤差を計算する計算回路と、
前記加減速補償回路に記憶された前記慣性モーメントを前記慣性モーメント誤差に基づいて更新する慣性モーメント更新回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る学習型張力制御装置によれば、プロセスラインにおいて、機械の経時変化によって機械データが変わる場合であっても、目標張力と実張力との張力偏差に基づいて、速度基準に応じたメカロストルクや、慣性モーメントを更新することができる。そのため、この発明によれば、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための構成図である。
【図２】非鉄金属プロセスラインの張力制御装置をループカーに適用した構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための構成図である。
図１に示すシステムは、プロセスラインおよびその張力制御装置を備える。プロセスラインは、材であるストリップ１を搬送する複数のロールを備える。ストリップ１は、金属材料（鉄および非鉄金属）である。図１には、複数のロールとして、ブライドルロール２、３、ループカー４が描かれている。ループカー４は、ギアボックス（図示省略）を介してモータ５に接続されている。モータ５は、ループカー４を回転駆動する。
【００１４】
張力制御装置は、ストリップ１の実張力（張力の実績値）を検出する張力検出器６、ループカー４のロール半径（実半径）を検出する検出器１７を備える。また、張力制御装置は、基本的な制御回路を備える。制御回路は、目標張力ＴＡＩＭと実張力ＴＦＢＫとの張力偏差ΔＴが零になるように目標張力ＴＡＩＭを補正した補正後目標張力を目標トルクＱＡＩＭに変換し、目標トルクＱＡＩＭを、メカロス補償回路９から出力されたメカロストルクＱＬおよび加減速補償回路１０から出力された加減速トルクＱＦで補正したトルク基準ＱＲＥＦに基づいて、モータ５を制御する。
【００１５】
上述した制御回路の具体的構成について説明する。目標張力ＴＡＩＭは、ストリップ１に与える張力の目標値である。目標張力ＴＡＩＭは、張力・トルク変換回路７で目標トルクＱＡＩＭに変換される。目標トルクＱＡＩＭに、メカロストルクＱＬと、加減速トルクＱＦが加算され、トルク基準ＱＲＥＦとして、トルク制御回路８へ導入される。トルク制御回路８は、トルク基準ＱＲＥＦに基づいて電力変換器（図示せず）を介してモータ５のトルクを制御する。
【００１６】
また、目標張力ＴＡＩＭと、張力検出器６により検出された実張力ＴＦＢＫとの張力偏差ΔＴは、増幅器１１に導入され、比例・積分計算を行って補正信号を出力し、張力偏差ΔＴが零となるようにフィードバック制御される。
【００１７】
ここで、メカロストルクＱＬは、ループカー４とモータ５の摩擦などの機械損トルクである。メカロス補償回路９は、速度基準ＳＰＲＥＦ毎にメカロストルクＱＬを定めた関数テーブルを記憶している。メカロス補償回路９は、関数テーブルから、速度基準ＳＰＲＥＦに対応するメカロストルクＱＬを出力する。
【００１８】
また、加減速トルクＱＦは、加減速時に必要なトルクであり、ループカー４とモータ５の慣性モーメントの和Ｊと、速度基準ＳＰＲＥＦを微分した加速度とを乗算することで（１）式より求められ、加減速補償回路１０から出力される。
【００１９】
【数１】
0006350420.tif 000002
【００２０】
メカロス補償回路９に予め記憶されたメカロストルクＱＬや、加減速補償回路１０に予め記憶された慣性モーメントＪは、当初は現物に合っていても、機械の経時変化（すなわち機械摩耗（ベアリングやギアボックスの摩耗を含む）などによるメカロスの増加やロール摩耗による慣性の減少）が進むと、メカロストルク補償量や加減速トルク補償量が実際に必要な適正値に対して、徐々に乖離が大きくなる。その結果、補償不足あるいは過補償となり、その分が目標張力ＴＡＩＭとの差となって、張力制御精度を悪化させる要因となる。
【００２１】
そこで、本発明の実施の形態１に係る張力制御装置では、機械の経時変化に応じて、メカロストルク補償、加減速補償を更新する学習機能を備えることとした。以下、本発明の実施の形態１に係る学習型の張力制御装置の主な特徴について説明する。
【００２２】
張力制御装置は、張力偏差ΔＴをトルク偏差ΔＱに変換する張力・トルク変換回路１２を備える。具体的には、トルク偏差ΔＱは、張力偏差ΔＴをループカー４のロール半径（実半径）で除算して算出される。実半径は、検出器１７により検出される。
【００２３】
張力制御装置は、トルク偏差ΔＱが検出された時の速度基準ＳＰＲＥＦから、トルク偏差ΔＱがメカロストルク誤差ΔＱＬおよび加減速トルク誤差ΔＱＦのいずれであるかを判断して振り分ける判断回路１３を備える。
【００２４】
メカロストルク誤差ΔＱＬの同定方法について説明する。ループカー４が一定速度で運転しているときは、加減速補償回路１０の出力は零（ｄＳＰＲＥＦ／ｄｔ＝０）であり、張力偏差ΔＴを変換したトルク偏差ΔＱを、メカロストルク誤差ΔＱＬとみなすことができる。よって、判断回路１３は、トルク偏差ΔＱをその速度基準ＳＰＲＥＦにおけるメカロストルク誤差ΔＱＬと判断する。その後、メカロストルク更新回路１５は、ループカー４のロールが一定速度である場合に、メカロス補償回路９が有する関数テーブルに記憶された速度基準ＳＰＲＥＦに応じたメカロストルクＱＬを、メカロストルク誤差ΔＱＬに基づいて更新する。例えば、メカロストルクＱＬにメカロストルク誤差ΔＱＬを加算又は減算した値ＱＬ’で更新する。
【００２５】
次に、加減速トルク誤差ΔＱＦの同定方法と、慣性モーメントＪの計算方法について説明する。ループカー４が定速運転から加速あるいは減速に転じたときには、張力偏差ΔＴを変換したトルク偏差ΔＱを、加減速トルク誤差ΔＱＦとみなすことができる。よって、判断回路１３は、トルク偏差ΔＱを加減速トルク誤差ΔＱＦと判断する。Ｊ計算回路１４は、ループカー４のロールが加速または減速している場合に、トルク偏差ΔＱと、その時の速度基準ＳＰＲＥＦを用いた式（２）により慣性モーメント誤差ΔＪを算出する。
【数２】
0006350420.tif 000003
【００２６】
慣性モーメント更新回路１６は、加減速補償回路１０に記憶された慣性モーメントＪを慣性モーメント誤差ΔＪに基づいて更新する。例えば、慣性モーメントＪに慣性モーメント誤差ΔＪを加算又は減算した値Ｊ’で更新する。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係る張力制御装置によれば、機械の経時変化により機械データが変化した場合であっても、目標張力ＴＡＩＭと実張力ＴＦＢＫとの張力偏差ΔＴに基づいて、速度基準ＳＰＲＥＦに応じたメカロストルクＱＬや、慣性モーメントＪを更新することができる。そのため、張力制御に用いられるメカロストルクや加減速トルクの経時変化による誤差拡大を低減し、張力制御精度の悪化を低減できる。
【００２８】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいて、メカロストルク更新回路１５、および慣性モーメント更新回路１６におけるデータ更新方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、過去データを保存しておき、新データと過去データの平均値を用いて更新してもよい。また、通過したコイル数の平均値に基づいて更新してもよい。また、次の関係式、新データ＝旧データ（ＱＬ又はＪ）×（１−α）＋測定データ（ＱＬ’又はＪ’）×αを用いて更新してもよい。なお、αは重みであり、予め設定されているものとする。
【００２９】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいて、材はストリップ１としたが、材は金属材料に限定されるものではない。材は紙であってもよい。即ち、本発明は抄紙機における張力制御装置にも適用可能である。
【００３０】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいて、ロールはループカー４のロールとしたが、ループカー４のロールに限定されるものではない。モータにより駆動されるロールであればよい。
【００３１】
尚、上述した実施の形態１においては、ループカー４のロールがこの発明における「ロール」に、上述した基本的な制御回路がこの発明における「制御回路」に、「張力・トルク変換回路１２」この発明における「変換回路」に、Ｊ計算回路１４がこの発明における「計算回路」に、それぞれ相当している。
【符号の説明】
【００３２】
１  ストリップ
２、３  ブライドルロール
４  ループカー
５  モータ
６  張力検出器
７  張力・トルク変換回路
８  トルク制御回路
９  メカロス補償回路
１０  加減速補償回路
１１  増幅器
１２  張力・トルク変換回路
１３  判断回路
１４  Ｊ計算回路
１５  メカロストルク更新回路
１６  慣性モーメント更新回路
１７  検出器
ＱＡＩＭ  目標トルク
ＱＦ  加減速トルク
ＱＬ  メカロストルク
ＱＲＥＦ  トルク基準
ＳＰＲＥＦ  速度基準
ＴＡＩＭ  目標張力
ＴＦＢＫ  実張力
ΔＪ  慣性モーメント誤差
ΔＱ  トルク偏差
ΔＱＦ  加減速トルク誤差
ΔＱＦ  慣性モーメント誤差
ΔＱＬ  メカロストルク誤差
ΔＴ  張力偏差
【図１】
0006350420.tif 000004
【図２】
0006350420.tif 000005