(57)【要約】【課題】  系の変化に追従するとともにフィードフォワード補償を不要にし、振動を抑制することができる巻戻し張力制御装置を提供する。【解決手段】  巻戻電動機慣性モーメント設定器２３と、巻戻電動機５の速度変化から巻戻電動機トルクを演算する加減速トルク演算器２４と、巻戻電動機の速度を検出し巻戻速度検出信号を生成する巻戻電動機速度検出器６と、ライン速度指令を巻戻径で除して巻戻速度指令を生成する除算器２７と、巻戻し速度指令と巻戻し速度検出信号から第１巻戻電動機トルク指令を生成する巻戻電動機速度制御器８と、第１巻戻電動機トルク指令に制限をかけて第２巻戻電動機トルク指令を生成する巻戻電動機速度制限回路９と、第２巻戻電動機トルク指令と巻戻電動機トルクから巻戻電動機補正トルク指令を生成する加減速トルク制御器２５とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き取られた材料を巻戻す巻戻機と、前記巻戻機を駆動する巻戻電動機と、巻戻電動機トルク指令から電流を生成して巻戻電動機を駆動する巻戻電動機駆動装置と、材料を一定速度で搬送する基準ロールと、前記基準ロールを駆動する基準ロール電動機と、前記基準ロール電動機の速度を制御する基準ロール駆動装置と、前記巻戻機と前記基準ロール間の張力を測定する張力検出器と、前記張力を制御する張力制御器と、前記巻戻速度と前記ロール速度から巻戻し材料の巻戻径と材料厚みを演算する巻戻径・厚み演算器と、巻戻電動機の速度を検出し巻戻速度検出信号を生成する巻戻電動機速度検出器と、ライン速度指令を前記巻戻径で除して巻戻速度指令を生成する除算器と、前記巻戻し速度指令と前記巻戻し速度検出信号から第１巻戻電動機トルク指令を生成する巻戻電動機速度制御器と、前記第１巻戻電動機トルク指令に制限をかけて第２巻戻電動機トルク指令を生成する巻戻電動機速度制限回路と、前記第２巻戻電動機トルク指令と前記巻戻電動機補正トルク指令を加算して巻戻電動機トルク指令を生成する加算器と、を有する巻戻し張力制御装置において、
前記巻戻電動機の巻戻電動機慣性モーメント設定器と、
前記巻戻電動機の速度変化から巻戻電動機トルクを演算する加減速トルク演算器と、
前記第２巻戻電動機トルク指令と前記巻戻電動機トルクから巻戻電動機補正トルク指令を生成する加減速トルク制御器と、
を備えることを特徴とする巻戻し張力制御装置。
【請求項２】
材料厚みを設定し材料厚み指令を生成する材料厚み設定器と、
設定材料厚みと演算材料厚みの差が所定値の範囲内であれば速度制御を選択し、所定値外であれば張力制御を選択する切替信号を生成する材料厚み判定器と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の巻戻し張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紙、フィルム、金属など帯状の材料の巻戻装置における巻戻し張力制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巻戻し張力制御装置について図２を用いて説明する。
まず、巻戻し張力制御装置の構成について説明する。図２において、１は材料、２は巻戻機、３は張力検出器、４は基準ロールであり、材料１は巻戻機２と基準ロールを経て矢印の方向に送り出されている。また、５は巻戻機を駆動する巻戻電動機、６は巻戻電動機に結合された巻戻電動機速度検出器である。７は巻戻電動機を駆動する巻戻電動機駆動装置、８は巻戻電動機の速度を制御する速度制御器、９は巻戻電動機速度制限回路である。次に、１０は基準ロールを駆動する基準ロール電動機、１１は基準ロール電動機に結合された基準ロール電動機速度検出器、１２は基準ロール電動機駆動装置、１３は基準ロール電動機速度制御器である。次に、１４は張力設定器であり、１５は張力制御器で張力指令どおりに張力を制御する。さらに、１６はライン速度指令器で、補正されて基準ロール電動機と巻戻電動機の速度指令となる。１７は巻戻径、厚み演算器で、基準ロール速度と巻戻し速度から巻戻径と材料厚みを演算する。次に、１５は巻戻電動機速度バイアス設定器、１９は、巻戻電動機トルク補償演算器である。また、２６は加算器で張力制御器の生成する張力補正指令と張力設定値を加算し、張力指令を生成する。次に、２７は除算器で、ライン速度指令を巻戻径で除し巻戻電動機の速度指令を生成する。
次に装置の動作について説明する。基準ロール４は基準ロール４に連結された基準ロール電動機１０と、ライン速度指令器１６の出力であるライン速度信号１６Ｂと基準ロール速度検出器１１とを受けて働く基準ロール速度制御器１３により速度制御され材料１のライン速度を一定に制御する。ライン速度指令器１６はライン速度設定器１６Ａの信号を入力し、運転・停止指令（図示していない）でライン速度信号１６Ｂを出力するとともにライン加減速信号１６Ｃを出力する。張力制御器１５は張力検出器３と、張力設定器１４の信号を受けて動作し、その出力を張力補正信号１５Ａとして出力している。張力補正信号１５Ａと張力設定器１４の値を加えたものを張力指令信号１５Ｂとして巻戻電動機駆動装置７に与える。巻戻電動機５はこの張力指令値と巻戻径・材料厚み演算器１７の出力の一つである巻戻径演算値１７Ｂを乗じたものを巻戻電動機トルク指令信号１９Ｂとしてトルクを制御する。巻戻時の材料破断による暴走を防ぐため巻戻電動機５はその速度指令としてライン速度指令器１６の速度指令に巻戻電動機速度バイアス設定器１８の信号を加算したものを使用する。加算した信号と巻戻電動機速度検出器６の速度信号を帰還として巻戻電動機速度制御器８は巻戻電動機速度制限回路９に信号を出力する。巻戻電動機速度制限回路９は材料が正常に搬送されているときは張力指令信号１５Ｂを巻戻電動機トルク指令信号１９Ｂとして通過させるように制御する。これら張力フィードバック制御系に加え、巻戻張力の安定を図るため巻戻電動機トルク補償器１９が設置される。巻戻電動機トルク補償器１９は巻戻機２の本体メカロストルク、巻戻機２の材料の重量による重量メカロストルク、加減速時の本体慣性トルクならびに材料分慣性トルクを演算し、巻戻電動機トルク補償信号１９Ａとして出力する。
巻戻径・材料厚み演算器１７は巻戻電動機５と基準ロール電動機４の速度比から径をもとめるとともに径の減少の割合から搬送している材料１の厚みを演算する。径演算は各速度の比率から設定されるため、最初の値は初期径設定器１７Ａで巻戻径・材料厚み演算器１７に与えられる。
【特許文献１】特開平１１−２４０６５２号公報（図１、２：巻戻し制御）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の巻戻し張力制御装置の張力制御は応答が遅く、かつ振動系であるために材料のバタツキやしわの発生、最悪は破断を起こすことがある。それらを防ぐために機械本体のメカロス、材料の重量によるメカロス、加減速時の慣性トルクについてはあらかじめ演算してフィードフォワード補償することが必要であった。しかし、これらの補償は理論値であって、メカロストルク分は機械磨耗などの経時変化や潤滑油粘性の温度による変化、慣性トルクは径演算の精度や材料の密度のばらつきなどによる誤差分を正確に補償できなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、系の変化に追従するとともにフィードフォワード補償を不要にし、振動を抑制することができる巻戻し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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、巻き取られた材料を巻戻す巻戻機と、前記巻戻機を駆動する巻戻電動機と、巻戻電動機トルク指令から電流を生成して巻戻電動機を駆動する巻戻電動機駆動装置と、材料を一定速度で搬送する基準ロールと、前記基準ロールを駆動する基準ロール電動機と、前記基準ロール電動機の速度を制御する基準ロール駆動装置と、前記巻戻機と前記基準ロール間の張力を測定する張力検出器と、前記張力を制御する張力制御器と、前記巻戻速度と前記ロール速度から巻戻し材料の巻戻径と材料厚みを演算する巻戻径・厚み演算器と、巻戻電動機の速度を検出し巻戻速度検出信号を生成する巻戻電動機速度検出器と、ライン速度指令を前記巻戻径で除して巻戻速度指令を生成する除算器と、前記巻戻し速度指令と前記巻戻し速度検出信号から第１巻戻電動機トルク指令を生成する巻戻電動機速度制御器と、前記第１巻戻電動機トルク指令に制限をかけて第２巻戻電動機トルク指令を生成する巻戻電動機速度制限回路と、前記第２巻戻電動機トルク指令と前記巻戻電動機補正トルク指令を加算して巻戻電動機トルク指令を生成する加算器と、を有する巻戻し張力制御装置において、前記巻戻電動機の巻戻電動機慣性モーメント設定器と、前記巻戻電動機の速度変化から巻戻電動機トルクを演算する加減速トルク演算器と、前記第２巻戻電動機トルク指令と前記巻戻電動機トルクから巻戻電動機補正トルク指令を生成する加減速トルク制御器と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の巻戻し張力制御装置において、材料厚みを設定し材料厚み指令を生成する材料厚み設定器と、設定材料厚みと演算材料厚みの差が所定値の範囲内であれば速度制御を選択し、所定値外であれば張力制御を選択する切替信号を生成する材料厚み判定器と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、巻戻機の速度変化を捉えることによりトルク変化が検出できるため、フィードフォワード補償演算をなくすことができるので張力制御の誤差が少なくなり、補償演算が必要な時間がないので制御系の演算周期を短くすること、つまり張力制御の応答を早くすることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、速度制御をマイナーループとして張力制御を行うため張力制御系の振動を防止し、ゲインを高くすることができ、安定した搬送を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の巻戻し張力制御装置の構成を示す図である。図２に対して１９のトルク補償器を削除し、２３の巻戻電動機慣性モーメント設定器、２４の減速トルク演算器、２５の加減速トルク制御器、２０の材料厚み判定機、２１の材料厚み設定器を追加している。図１において、１は材料、２ま巻戻し機、３は張力検出器、４は基準ロールであり、材料１は矢印の方向に送り出されている。また、５は巻戻機を駆動する巻戻電動機、６は巻戻電動機に結合された巻戻電動機速度検出器である。７は巻戻電動機を駆動する巻戻電動機駆動装置、８は巻戻電動機の速度を制御する速度制御器、９は巻戻電動機速度制限回路である。次に、１０は基準ロールを駆動する基準ロール電動機、１１は基準ロール電動機に結合された基準ロール電動機速度検出器、１２は基準ロール電動機駆動装置、１３は基準ロール電動機速度制御器である。次に、１４は張力設定器であり、１５は張力制御器である。さらに、１６はライン速度指令器で、補正されて基準ロール電動機と巻戻電動機の速度指令となる。１７は巻戻径、厚み演算器で、基準ロール速度と巻戻し速度から巻戻径と材料厚みを演算する。次に、１５は巻戻電動機速度バイアス設定器、１９は、巻戻電動機トルク補償演算器である。また、２６は加算器で張力制御器の生成する張力補正指令と張力設定値を加算し、張力指令を生成する。次に、２７は除算器で、ライン速度指令を巻戻径で除し巻戻電動機の速度指令を生成する。さらに、２３は巻戻電動機慣性モーメント設定器、２４は加減速トルク演算器であり、巻戻電動機速度信号を時間微分して巻戻電動機慣性モーメントを乗算して加減速トルクを演算している。
【０００８】
次に動作について説明する。図２と同じものは同じ動作をするので図１と異なるところだけ説明する。まず、加減速トルクに関する項目を説明する。加減速トルク演算器２４は巻戻電動機速度検出器６の信号と巻戻電動機慣性モーメント設定器２３から加減速トルク演算器２４の出力である加減速トルクを計算している。式で示すと巻戻電動機速度をＮ（ｍｉｎ−１）、巻戻電動機慣性モーメントＪ（ｋｇ−ｍ２）とした場合、加減速トルクＴａｃｔ（Ｎｍ）は、
【０００９】
Ｔａｃｔ＝Ｊ／９．５５×ｄＮ／ｄｔ      ・・・・・（１）
で表される。ここでｄ／ｄｔは微分演算子である。ここで得られた加減速トルクＴａｃｔを帰還信号に、巻戻電動機トルク指令を設定として加減速トルク制御器２５で制御されている。この加減速トルク制御器２５は速度変化を小さくするように巻戻電動機５を制御している。このようにして径の速度の変化をトルクの変化に置き換えてそれを補正するように動作するから従来技術のように多くの演算を費やしてまでフィードフォワード的にトルクの補償をすることは不要になる。また、（１）式からもわかるように加減速トルクの計算に定数として変わらない巻戻電動機５の慣性モーメント値を採用している。従って、巻戻し材料の慣性モーメントといったような変動する定数を一切使用しないため、定数自身が変化することによる制御の変動はあり得ない。
【００１０】
次に、張力制御の変更について説明する。材料厚み判定器２０は巻戻径・厚み演算器１７の出力の一つである厚み演算値１７Ｃを入力している。通常、最初に径データとして与えられる初期径設定器１７Ａの値は手動計測した値であることが多く、また最近の設備では直径が４メートルという材料ロールもあり、この設定径の精度はその測定技術により大きくばらつく。従って、径演算結果ならびにそれから計算される厚みが材料厚み設定器２１に収束するまで径誤差による周速変化が大きく、速度マイナーループを使用した張力制御は困難である。厚みのデータが収束したと判断された場合、材料厚み判定器２０はリレーＡを励磁する。この信号を使って巻戻電動機駆動装置の制御モードを変更する。このリレーＡの出力信号で、張力制御器１５のゲインを変更し、巻戻電動機駆動装置７へ速度制御器８の出力を直接入力し、速度バイアス設定器１８の入力を切る。これにより巻戻電動機駆動装置７は速度マイナーループ付き張力制御が実現され、応答が高く、振動が少ない張力制御が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
本発明は、材料の搬送方向を逆にすれば巻取機の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の巻戻張力制御装置の構成図
【図２】従来の巻戻張力装置の構成図
【符号の説明】
【００１３】
１  材料
２  巻戻機
３  張力検出器
４  基準ロール
５  巻戻電動機
６  巻戻電動機速度検出器
７  巻戻電動機駆動装置
８  巻戻電動機速度制御器
９  巻戻電動機速度制限回路
１０  基準ロール電動機
１１  基準ロール電動機速度検出器
１２  基準ロール駆動装置
１３  基準ロール速度制御器
１４  張力設定器
１５  張力制御器
１５Ａ  張力補正指令
１５Ｂ  張力指令
１６  ライン速度指令器
１６Ａ  ライン速度設定器
１６Ｂ  ライン速度信号
１６Ｃ  ライン加減速信号
１７  巻戻径・厚み演算器
１７Ａ  巻戻初期径設定器
１７Ｂ  巻戻径演算値
１７Ｃ  厚み演算値
１８  巻戻電動機速度バイアス設定器
１９  巻戻電動機トルク補償演算器
１９Ａ  巻戻電動機トルク補償
１９Ｂ  巻戻電動機トルク指令
２０  材料厚み判定器
２１  材料厚み設定器
２２  リレー
２３  巻戻電動機慣性モーメント設定器
２４  加減速トルク演算器
２５  加減速トルク制御器
２６  加算器
２７  除算器
【図１】
2007031097.tif 000003
【図２】
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