本申請涉及分切領(lǐng)域，特別是涉及高速收放卷的控制方法、控制系統(tǒng)及分切機(jī)。

背景技術(shù)：

分切機(jī)是將一大卷紙張，薄膜，無紡布，鋁箔，云母帶等各種薄材料分切成不同寬度小卷的設(shè)備，常用于造紙機(jī)械及印刷包裝機(jī)械。

分切機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理是在放料卷100、牽引輥300和收料卷500的共同牽引下，半徑為ru的放料卷100開始放卷，經(jīng)過導(dǎo)向輥200的引導(dǎo)，薄膜按照一定的路線穿過牽引輥300，在經(jīng)過張力輥400后纏繞在半徑為rw的收料卷500上。張力輥400用來檢測薄膜的張力。

公開號為cn205294438u的中國專利公開了薄膜分切機(jī)，它包括放卷裝置和機(jī)架，機(jī)架前端下方安裝有展平輥，機(jī)架頂部安裝有定位輥，定位輥后方的機(jī)架上依次設(shè)置有壓輥和分切組件，壓輥表面涂覆一層防靜電涂料層，分切組件包括軸和固定于軸上的多個分切刀片，分切組件后端設(shè)置定速輥，定速輥后端安裝有收卷輥，展平輥和定位輥之間安裝有導(dǎo)向輥，機(jī)架兩側(cè)面沿豎直方向開設(shè)有滑軌，導(dǎo)向輥在滑軌內(nèi)上下移動，導(dǎo)向輥端部通過鎖扣件固定于滑軌內(nèi)的某一位置。薄膜卷經(jīng)過展平輥展平后，有利于分切，再經(jīng)過導(dǎo)向輥、定位輥、壓輥，導(dǎo)向輥在滑軌內(nèi)上下移動，根據(jù)需要位置可調(diào)整，薄膜被平整有序的引向分切組件，分切組件將薄膜分切成若干段，在分切過程中不會變形、不會起皺，收卷好的成品料卷松緊均勻，膜卷端面整齊。

公開號為cn110422680a的中國專利公開了一種分切機(jī)，包括：墻板、放料機(jī)構(gòu)、糾偏機(jī)構(gòu)、張力機(jī)構(gòu)、分切機(jī)構(gòu)、收卷機(jī)構(gòu)和張力補(bǔ)充機(jī)構(gòu)墻板豎直設(shè)置；放料機(jī)構(gòu)設(shè)置于墻板上，用于對寬幅料帶進(jìn)行放卷；糾偏機(jī)構(gòu)設(shè)置放料機(jī)構(gòu)的下游，用于對寬幅料帶進(jìn)行糾偏；張力機(jī)構(gòu)設(shè)置于糾偏機(jī)構(gòu)的下游，用于調(diào)節(jié)寬幅料帶的張緊力度；分切機(jī)構(gòu)設(shè)置于墻板的中部，用于將寬幅料帶分切成多個窄幅料帶；收卷機(jī)構(gòu)的數(shù)目為多個，多個收卷機(jī)構(gòu)均位于墻板的右側(cè)，且多個收卷機(jī)構(gòu)的高度不同；張力補(bǔ)充機(jī)構(gòu)設(shè)置于分切機(jī)構(gòu)和收卷機(jī)構(gòu)之間，用于調(diào)節(jié)分切時的料帶的張緊力度。該發(fā)明的分切機(jī)，不僅便于操作人員監(jiān)控調(diào)節(jié)，而且便于物料管理，使收料過程更加穩(wěn)定。

分切機(jī)的核心是在高速收放卷的情況下，保證張力恒定。高速收放卷是指收放卷的速度大于200米/分鐘，尤其是收放卷的速度大于400米/分鐘。由于整個分切機(jī)系統(tǒng)存在著強(qiáng)耦合、非線性、角速度、半徑和慣量時變等特性，這些都會對張力產(chǎn)生影響。比如，隨著放料卷的放卷，放料卷上的薄膜被分切轉(zhuǎn)移到收料卷，放料卷的半徑越來越小，收料卷半徑越來越大，放卷和收卷線速度都會發(fā)生變化，張力也會發(fā)生變化。張力過大會引起材料變形，甚至造成薄膜斷裂；張力過小薄膜不能完全舒展，收卷時會產(chǎn)生很多氣泡，成品有褶皺和松弛現(xiàn)象。因此高精度的張力控制是保證分切質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高分切速度的關(guān)鍵。

國外分切機(jī)起步較早，已經(jīng)有60多年的發(fā)展歷史，許多歐洲、美國和日本的公司掌握了分切機(jī)的核心技術(shù)，其分切設(shè)備性能優(yōu)異，最高速度已經(jīng)能達(dá)到1200m/min，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜；而國內(nèi)分切機(jī)最高速度僅能達(dá)到450m/min。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種高速收放卷的控制方法、控制系統(tǒng)及分切機(jī)。

一種高速收放卷的控制方法，其包括以下步驟：

確定放料卷線速度及收料卷線速度；

根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度確定第一中間結(jié)果；

根據(jù)張力指令及張力反饋確定第二中間結(jié)果；

根據(jù)第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果確定放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令；

根據(jù)放料卷線速度控制指令、放料卷半徑及放料卷角速度調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器的放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)輸出以控制放料卷的放卷速度；

根據(jù)牽引輥的線速度指令、牽引輥半徑及放料卷角速度調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器的牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；

根據(jù)收料卷線速度控制指令、收料卷半徑及收料卷角速度調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器的收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)輸出以控制收料卷的收卷速度。

上述高速收放卷的控制方法，創(chuàng)新定義了放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令以實(shí)現(xiàn)高速收放卷過程中的有效張力控制，徹底解決了由于張力控制不符合高速收放卷實(shí)際情況所導(dǎo)致的材料變形、縱向條紋、錯層、褶皺、翹邊、暴筋、膜間滑動、松弛、拉伸及起泡等分切質(zhì)量問題，從原理上克服了張力造成的影響，理論上的最高收放卷速度僅受限于材料及電機(jī)轉(zhuǎn)速，極大提升了收放卷的真實(shí)速度。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度確定第一中間結(jié)果，包括：根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量確定第一中間結(jié)果。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量確定第一中間結(jié)果，包括：采用線速度指令，以及放料卷線速度與收料卷線速度的和值的一半，做減法運(yùn)算，再經(jīng)線速度平動控制器進(jìn)行線速度平動控制計(jì)算后，與線速度平動控制前饋補(bǔ)償量做加法運(yùn)算，得到第一中間結(jié)果。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)張力指令及張力反饋確定第二中間結(jié)果，包括：根據(jù)張力指令及張力反饋經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制前饋補(bǔ)償量確定第二中間結(jié)果。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)張力指令及張力反饋經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制饋補(bǔ)償量確定第二中間結(jié)果，包括：采用張力指令與張力反饋?zhàn)鰷p法運(yùn)算，再經(jīng)線速度同步控制器進(jìn)行線速度同步控制計(jì)算后，與線速度同步控制前饋補(bǔ)償量做加法運(yùn)算，得到第二中間結(jié)果。

在其中一個實(shí)施例中，張力反饋通過張力傳感器測量得到。

在其中一個實(shí)施例中，采用比例-積分-微分控制器配合低通濾波器和/或陷阱濾波器實(shí)現(xiàn)控制；或采用非線性控制器實(shí)現(xiàn)控制。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)第一中間結(jié)果與第二中間結(jié)果做加法運(yùn)算，得到放料卷線速度控制指令；采用第二中間結(jié)果與第一中間結(jié)果做減法運(yùn)算，得到收料卷線速度控制指令。

一種高速收放卷的控制系統(tǒng)，其包括：

放料卷線速度計(jì)算模塊，用于確定放料卷線速度；

收料卷線速度計(jì)算模塊，用于確定收料卷線速度；

第一中間結(jié)果計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度確定第一中間結(jié)果；

第二中間結(jié)果計(jì)算模塊，用于根據(jù)張力指令及張力反饋確定第二中間結(jié)果；

放料卷線速度控制指令計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果確定放料卷線速度控制指令；

收料卷線速度控制指令計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果確定收料卷線速度控制指令；

放料卷電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)放料卷線速度控制指令、放料卷半徑及放料卷角速度調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器的放料卷電機(jī)參數(shù)；

放料卷速度環(huán)控制器，用于采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)輸出以控制放料卷的放卷速度；

牽引輥電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令、牽引輥半徑及放料卷角速度調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器的牽引輥電機(jī)參數(shù)；

牽引輥速度環(huán)控制器，用于采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；

收料卷電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)收料卷線速度控制指令、收料卷半徑及收料卷角速度調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器的收料卷電機(jī)參數(shù)；

收料卷速度環(huán)控制器，用于采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)輸出以控制收料卷的收卷速度。

一種分切機(jī)，其采用任一項(xiàng)所述高速收放卷的控制方法實(shí)現(xiàn)；或者具有所述高速收放卷的控制系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)分切機(jī)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本申請一實(shí)施例的高速收放卷的控制方法流程示意圖。

圖3為本申請另一實(shí)施例的控制框架示意圖。

圖4為本申請另一實(shí)施例的放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令的框架示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本申請的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本申請的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本申請。但是本申請能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本申請內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本申請不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認(rèn)為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本申請的說明書所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。

除非另有定義，本申請的說明書所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本申請的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。在本申請的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本申請。本申請的說明書所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

高速收放卷的控制難點(diǎn)在于，隨著原材料的放卷，放卷軸的半徑越來越小，放卷線速度會發(fā)生變化，張力也會發(fā)生變化。另一方面，隨著收卷的進(jìn)行，收卷軸半徑越來越大，張力也會發(fā)生變化。張力過大會引起材料變形，甚至造成薄膜斷裂；張力過小薄膜不能完全舒展，收卷時成品松弛，次品較多。所以，要實(shí)現(xiàn)高速分切，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)高精度張力控制。除了跟材料的物理特性，以及分切機(jī)的幾何尺寸等常量，決定張力大小的關(guān)鍵因素是放料卷和收料卷的速度差。所以只要能精確保證上述速度差就能實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制。在本申請一個實(shí)施例中，如圖1所示，一種高速收放卷的控制方法，其包括以下步驟：確定放料卷線速度vu及收料卷線速度vw；根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw確定第一中間結(jié)果u1；根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb確定第二中間結(jié)果u2；根據(jù)第一中間結(jié)果u1及第二中間結(jié)果u2確定放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2；根據(jù)放料卷線速度控制指令f1、放料卷半徑ru及放料卷角速度ωu調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器vcu的放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器vcu采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)mu輸出以控制放料卷的放卷速度；根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、牽引輥半徑rd及牽引輥角速度ωd調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器vcd的牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器vcd采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)md輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；根據(jù)收料卷線速度控制指令f2、收料卷半徑rw及收料卷角速度ωw調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器vcw的收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器vcw采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)mw輸出以控制收料卷的收卷速度。上述高速收放卷的控制方法，創(chuàng)新定義了放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令以實(shí)現(xiàn)高速收放卷過程中的有效張力控制，徹底解決了由于張力控制不符合高速收放卷實(shí)際情況所導(dǎo)致的材料變形、縱向條紋、錯層、褶皺、翹邊、暴筋、膜間滑動、松弛、拉伸及起泡等分切質(zhì)量問題，從原理上克服了張力造成的影響，理論上的最高收放卷速度僅受限于材料及電機(jī)轉(zhuǎn)速，極大提升了收放卷的真實(shí)速度。

在其中一個實(shí)施例中，一種高速收放卷的控制方法，其包括以下實(shí)施例的部分步驟或全部步驟；即，所述高速收放卷的控制方法包括以下的部分技術(shù)特征或全部技術(shù)特征。

在其中一個實(shí)施例中，確定放料卷線速度vu及收料卷線速度vw；在其中一個實(shí)施例中，分別采用速度傳感器獲取放料卷線速度vu及收料卷線速度vw。例如，一種高速收放卷的控制方法，其包括以下步驟：分別采用速度傳感器獲取放料卷線速度vu及收料卷線速度vw；根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw確定第一中間結(jié)果u1；根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb確定第二中間結(jié)果u2；根據(jù)第一中間結(jié)果u1及第二中間結(jié)果u2確定放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2；根據(jù)放料卷線速度控制指令f1、放料卷半徑ru及放料卷角速度ωu調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器vcu的放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器vcu采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)mu輸出以控制放料卷的放卷速度；根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、牽引輥半徑rd及牽引輥角速度ωd調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器vcd的牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器vcd采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)md輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；根據(jù)收料卷線速度控制指令f2、收料卷半徑rw及收料卷角速度ωw調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器vcw的收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器vcw采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)mw輸出以控制收料卷的收卷速度。其余實(shí)施例以此類推，不做贅述。在其中一個實(shí)施例中，分別采用線速度傳感器獲取放料卷線速度vu及收料卷線速度vw。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，分別采用高精度線速度傳感器獲取放料卷線速度vu及收料卷線速度vw；和/或，分別采用激光測量方式獲取放料卷半徑ru及收料卷半徑rw。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，確定放料卷線速度vu及收料卷線速度vw，包括：根據(jù)放料卷角速度ωu及放料卷半徑ru計(jì)算放料卷線速度vu；和/或，根據(jù)收料卷角速度ωw及收料卷半徑rw計(jì)算收料卷線速度vw。這樣的設(shè)計(jì)，有利于提供精確的放料卷線速度vu、收料卷線速度vw、放料卷半徑ru及收料卷半徑rw，配合計(jì)算放料卷速度環(huán)控制器vcu的放料卷電機(jī)參數(shù)及收料卷速度環(huán)控制器vcw的收料卷電機(jī)參數(shù)，這就是實(shí)現(xiàn)高速分切的關(guān)鍵，從而有利于提升收放卷的速度，進(jìn)而提升分切速度。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw確定第一中間結(jié)果u1；在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw確定第一中間結(jié)果u1，包括：根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1確定第一中間結(jié)果u1。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw確定第一中間結(jié)果u1，包括：根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw經(jīng)過線速度平動控制器ctrans進(jìn)行線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1確定第一中間結(jié)果u1。在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量確定第一中間結(jié)果u1，包括：采用線速度指令vref，以及放料卷線速度vu與收料卷線速度vw的和值的一半，做減法運(yùn)算，再經(jīng)線速度平動控制器ctrans進(jìn)行線速度平動控制計(jì)算后，與線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1做加法運(yùn)算，得到第一中間結(jié)果u1。在其中一個實(shí)施例中，線速度平動控制亦稱線速度平移控制。這樣的設(shè)計(jì)，能夠得到一個重要的第一中間結(jié)果u1，配合其他步驟的第二中間結(jié)果u2，有利于準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)控制放料卷和收料卷的速度差。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb確定第二中間結(jié)果u2；在其中一個實(shí)施例中，張力反饋tfb通過張力傳感器測量得到。在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb確定第二中間結(jié)果u2，包括：根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2確定第二中間結(jié)果u2。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb確定第二中間結(jié)果u2，包括：根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制器csyn進(jìn)行線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2確定第二中間結(jié)果u2。在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制饋補(bǔ)償量ff2確定第二中間結(jié)果u2，包括：采用張力指令tref與張力反饋tfb做減法運(yùn)算，再經(jīng)線速度同步控制器csyn進(jìn)行線速度同步控制計(jì)算后，與線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2做加法運(yùn)算，得到第二中間結(jié)果u2。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，預(yù)設(shè)置或調(diào)整線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1及線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，還根據(jù)縱向的當(dāng)前設(shè)備時間線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及橫向的同類設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，調(diào)整線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1及線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2。這樣的設(shè)計(jì)，放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2；有利于通過張力指令tref及張力反饋tfb等指標(biāo)，將慣量和摩擦力等補(bǔ)償體現(xiàn)于放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2中，有利于準(zhǔn)確地控制放料卷和收料卷的速度差，從而有利于在高速放卷和收卷的同時，實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制，這就是實(shí)現(xiàn)高速分切的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)第一中間結(jié)果u1及第二中間結(jié)果u2確定放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2；在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)第一中間結(jié)果u1與第二中間結(jié)果u2做加法運(yùn)算，得到放料卷線速度控制指令f1；采用第二中間結(jié)果u2與第一中間結(jié)果u1做減法運(yùn)算，得到收料卷線速度控制指令f2。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，所述高速收放卷的控制方法還包括步驟：根據(jù)材料即放卷材料設(shè)置張力指令tref。這樣，得到了能夠準(zhǔn)確反映張力的放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2，由于張力變化較大，因此傳統(tǒng)收放卷通常要求卷徑比最好能夠小于10以便控制，且要求卷徑比最高不得高于15以免由于張力控制精度不足而導(dǎo)致分切質(zhì)量下降造成不良。但是采用本申請各實(shí)施例所述高速收放卷的控制方法，對于張力實(shí)現(xiàn)了高精度控制，而且計(jì)算簡單，有利于實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，且在快速響應(yīng)的前提下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，因此有利于提升卷徑比超過15乃至20，在確保分切質(zhì)量的同時有利于處理更大量的分切材料，一方面提升了分切效率，另一方面節(jié)省了成本。根據(jù)本申請的控制思路，分切速度提高的極限是電機(jī)性能的極限，也就是電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限。例如2級電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，4級電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min；6級電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000r/min，只需分切材料例如薄膜能夠配合即可，這是傳統(tǒng)技術(shù)所無法做到的。

在其中一個實(shí)施例中，根據(jù)放料卷線速度控制指令f1、放料卷半徑ru及放料卷角速度ωu調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器vcu的放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器vcu采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)輸出以控制放料卷的放卷速度；根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、牽引輥半徑rd及牽引輥角速度ωd調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器vcd的牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器vcd采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；根據(jù)收料卷線速度控制指令f2、收料卷半徑rw及收料卷角速度ωw調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器vcw的收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器vcw采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)輸出以控制收料卷的收卷速度。在其中一個實(shí)施例中，采用比例-積分-微分(pid，proportionintegrationdifferentiation)控制器配合低通濾波器和/或陷阱濾波器實(shí)現(xiàn)控制，各實(shí)施例中的所有控制器，其形式可以為pid+低通濾波器+陷阱濾波器的形式。例如，采用pid控制器配合低通濾波器和/或陷阱濾波器實(shí)現(xiàn)控制放料卷伺服電機(jī)輸出及控制放料卷的放卷速度、控制牽引輥伺服電機(jī)輸出及控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度、控制收料卷伺服電機(jī)輸出及控制收料卷的收卷速度?；蛘撸谄渲幸粋€實(shí)施例中，采用非線性控制器實(shí)現(xiàn)控制。如前所述，決定張力大小的關(guān)鍵因素是放料卷和收料卷的速度差，而這樣的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新定義了放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令，從原理上克服了張力造成的影響，只要能精確保證上述速度差就能實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制，徹底解決了由于張力控制不符合高速收放卷實(shí)際情況所導(dǎo)致的材料變形、縱向條紋、錯層、褶皺、翹邊、暴筋、膜間滑動、松弛、拉伸及起泡等分切質(zhì)量問題，理論上的最高收放卷速度僅受限于材料及電機(jī)轉(zhuǎn)速，極大提升了收放卷的真實(shí)速度。

請參考圖1，放料卷的材料順序經(jīng)過導(dǎo)向輥、牽引輥、張力輥后纏繞在收料卷上，線速度v＝角速度ω×半徑r，角速度ω＝2πn×60，其中n為轉(zhuǎn)速；對于放料卷線速度vu、牽引輥線速度vd及收料卷線速度vw均適用。如圖3所示，對放料卷半徑ru的倒數(shù)與放料卷線速度控制指令f1做求積運(yùn)算得到積值，放料卷角速度ωu減去該積值，得到的差值作為放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器vcu采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)mu輸出，控制放料卷的放卷速度，使得放卷速度能夠準(zhǔn)確反映張力反饋tfb的作用。

對牽引輥半徑rd的倒數(shù)與牽引輥的線速度指令vref做求積運(yùn)算得到積值，亦即采用牽引輥的線速度指令vref除以牽引輥半徑rd得到商值，牽引輥角速度ωd減去該積值或商值，得到的差值作為牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器vcd采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)md輸出，控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度，使得牽引速度能夠準(zhǔn)確反映張力反饋tfb的作用，確保前后張力的一致性。

對收料卷半徑rw的倒數(shù)與收料卷線速度控制指令f2做求積運(yùn)算得到積值，收料卷角速度ωw減去該積值，得到的差值作為收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器vcw采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)mw輸出，控制收料卷的收卷速度，使得收卷速度能夠準(zhǔn)確反映張力反饋tfb的作用。

這里體現(xiàn)的是放料卷、牽引卷、收料卷的角速度控制環(huán)路，放料卷、牽引輥和收料卷分別在速度環(huán)控制器vcu、vcd和vcw的控制下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。其中，由于牽引卷的半徑固定，所以角速度直接可通過線速度指令計(jì)算得到：vref/rd；而放料卷和收料卷的線速度指令f1和f2通過如圖4所示方式得到。

如圖4所示，放料卷線速度vu與收料卷線速度vw的和值取半，得到半值；牽引輥的線速度指令vref與該半值做減法運(yùn)算，經(jīng)線速度平動控制器ctrans進(jìn)行線速度平動控制計(jì)算后，與線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1做加法運(yùn)算，得到第一中間結(jié)果u1；張力指令tref與張力反饋tfb做減法運(yùn)算，經(jīng)線速度同步控制器csyn進(jìn)行線速度同步控制計(jì)算后，與線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2做加法運(yùn)算，得到第二中間結(jié)果u2。第一中間結(jié)果u1與第二中間結(jié)果u2做加法運(yùn)算，得到放料卷線速度控制指令f1；第二中間結(jié)果u2與第一中間結(jié)果u1做減法運(yùn)算，得到收料卷線速度控制指令f2。這樣，就可以得到包含慣量和摩擦力等補(bǔ)償及精準(zhǔn)反映張力反饋tfb作用的放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2，有利于準(zhǔn)確控制放料卷的放卷速度、牽引輥的轉(zhuǎn)動速度及收料卷的收卷速度，從而有利于精確控制收放卷各位置的張力，進(jìn)而有利于在保證分切質(zhì)量的前提下提高分切速度。

上述實(shí)施例中，主要是根據(jù)給定的線速度、張力指令和張力反饋，計(jì)算放料卷線速度控制指令f1及收料卷線速度控制指令f2，其中，線速度平動控制器ctrans和線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1實(shí)現(xiàn)放料卷和收料卷的線速度維持在牽引輥的線速度指令vref一定范圍內(nèi)；對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，牽引輥的線速度指令vref通常也是放料卷和收料卷的線速度指令，但是如前所述，這個牽引輥的線速度指令vref作為放料卷和收料卷的線速度指令是不合適的，嚴(yán)重限制了收放卷的速度，所以需要調(diào)整放料卷和收料卷的速度差；線速度同步控制器csyn和線速度同步控制前饋補(bǔ)償量ff2實(shí)現(xiàn)放料卷和收料卷在以基本的vref線速度轉(zhuǎn)動同時，精確地保證設(shè)定的線速度差，有利于實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制。

在其中一個實(shí)施例中，一種高速收放卷的控制系統(tǒng)，其采用上述任一實(shí)施例所述高速收放卷的控制方法實(shí)現(xiàn)。在其中一個實(shí)施例中，所述高速收放卷的控制系統(tǒng)具有用于實(shí)現(xiàn)所述高速收放卷的控制方法各步驟的功能模塊。在其中一個實(shí)施例中，一種高速收放卷的控制系統(tǒng)，其包括：放料卷線速度vu計(jì)算模塊，用于確定放料卷線速度vu；收料卷線速度vw計(jì)算模塊，用于確定收料卷線速度vw；第一中間結(jié)果u1計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw確定第一中間結(jié)果u1；第二中間結(jié)果u2計(jì)算模塊，用于根據(jù)張力指令tref及張力反饋tfb確定第二中間結(jié)果u2；放料卷線速度控制指令f1計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一中間結(jié)果u1及第二中間結(jié)果u2確定放料卷線速度控制指令f1；收料卷線速度控制指令f2計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一中間結(jié)果u1及第二中間結(jié)果u2確定收料卷線速度控制指令f2；放料卷電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)放料卷線速度控制指令f1、放料卷半徑ru及放料卷角速度ωu調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器vcu的放料卷電機(jī)參數(shù)；放料卷速度環(huán)控制器vcu，用于采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)mu輸出以控制放料卷的放卷速度；牽引輥電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、牽引輥半徑rd及牽引輥角速度ωd調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器vcd的牽引輥電機(jī)參數(shù)；牽引輥速度環(huán)控制器vcd，用于采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)md輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；收料卷電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)收料卷線速度控制指令f2、收料卷半徑rw及收料卷角速度ωw調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器vcw的收料卷電機(jī)參數(shù)；收料卷速度環(huán)控制器vcw，用于采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)mw輸出以控制收料卷的收卷速度。在其中一個實(shí)施例中，第一中間結(jié)果u1計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令vref、放料卷線速度vu及收料卷線速度vw經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量ff1確定第一中間結(jié)果u1。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，所述高速收放卷的控制系統(tǒng)還包括放料卷伺服電機(jī)mu、牽引輥伺服電機(jī)md及收料卷伺服電機(jī)mw。其余實(shí)施例以此類推，不做贅述。進(jìn)一步地，在其中一個實(shí)施例中，所述高速收放卷的控制系統(tǒng)還包括：放料卷角速度ωu測量模塊，用于測量放料卷角速度ωu；以及，放料卷半徑ru測量模塊，用于測量放料卷半徑ru；并且，所述放料卷線速度vu計(jì)算模塊用于根據(jù)放料卷角速度ωu及放料卷半徑ru計(jì)算放料卷線速度vu。在其中一個實(shí)施例中，所述高速收放卷的控制系統(tǒng)還包括：收料卷角速度ωw測量模塊，用于測量收料卷角速度ωw；以及，收料卷半徑rw測量模塊，用于測量收料卷半徑rw；并且，所述收料卷線速度vw計(jì)算模塊用于根據(jù)收料卷角速度ωw及收料卷半徑rw計(jì)算收料卷線速度vw。上述高速收放卷的控制系統(tǒng)，創(chuàng)新定義了放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令以實(shí)現(xiàn)高速收放卷過程中的有效張力控制，徹底解決了由于張力控制不符合高速收放卷實(shí)際情況所導(dǎo)致的材料變形、縱向條紋、錯層、褶皺、翹邊、暴筋、膜間滑動、松弛、拉伸及起泡等分切質(zhì)量問題，從原理上克服了張力造成的影響，理論上的最高收放卷速度僅受限于材料及電機(jī)轉(zhuǎn)速，極大提升了收放卷的真實(shí)速度。

在其中一個實(shí)施例中，一種分切機(jī)，其采用任一實(shí)施例所述高速收放卷的控制方法實(shí)現(xiàn)；或者具有任一實(shí)施例所述高速收放卷的控制系統(tǒng)。

需要說明的是，本申請的其它實(shí)施例還包括，上述各實(shí)施例中的技術(shù)特征相互組合所形成的、能夠?qū)嵤┑母咚偈辗啪淼目刂品椒?、控制系統(tǒng)及分切機(jī)。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本申請的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對申請專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本申請的保護(hù)范圍。因此，本申請的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

1.一種高速收放卷的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

確定放料卷線速度及收料卷線速度；

根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度確定第一中間結(jié)果；

根據(jù)張力指令及張力反饋確定第二中間結(jié)果；

根據(jù)第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果確定放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令；

根據(jù)放料卷線速度控制指令、放料卷半徑及放料卷角速度調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器的放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)輸出以控制放料卷的放卷速度；

根據(jù)牽引輥的線速度指令、牽引輥半徑及牽引輥角速度調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器的牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；

根據(jù)收料卷線速度控制指令、收料卷半徑及收料卷角速度調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器的收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)輸出以控制收料卷的收卷速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度確定第一中間結(jié)果，包括：

根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量確定第一中間結(jié)果。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度經(jīng)過線速度平動控制計(jì)算后，結(jié)合線速度平動控制前饋補(bǔ)償量確定第一中間結(jié)果，包括：

采用線速度指令，以及放料卷線速度與收料卷線速度的和值的一半，做減法運(yùn)算，再經(jīng)線速度平動控制器進(jìn)行線速度平動控制計(jì)算后，與線速度平動控制前饋補(bǔ)償量做加法運(yùn)算，得到第一中間結(jié)果。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根據(jù)張力指令及張力反饋確定第二中間結(jié)果，包括：

根據(jù)張力指令及張力反饋經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制前饋補(bǔ)償量確定第二中間結(jié)果。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根據(jù)張力指令及張力反饋經(jīng)過線速度同步控制計(jì)算后，結(jié)合線速度同步控制饋補(bǔ)償量確定第二中間結(jié)果，包括：

采用張力指令與張力反饋?zhàn)鰷p法運(yùn)算，再經(jīng)線速度同步控制器進(jìn)行線速度同步控制計(jì)算后，與線速度同步控制前饋補(bǔ)償量做加法運(yùn)算，得到第二中間結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，張力反饋通過張力傳感器測量得到。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，采用比例-積分-微分控制器配合低通濾波器和/或陷阱濾波器實(shí)現(xiàn)控制；或采用非線性控制器實(shí)現(xiàn)控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述高速收放卷的控制方法，其特征在于，根據(jù)第一中間結(jié)果與第二中間結(jié)果做加法運(yùn)算，得到放料卷線速度控制指令；

采用第二中間結(jié)果與第一中間結(jié)果做減法運(yùn)算，得到收料卷線速度控制指令。

9.一種高速收放卷的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

放料卷線速度計(jì)算模塊，用于確定放料卷線速度；

收料卷線速度計(jì)算模塊，用于確定收料卷線速度；

第一中間結(jié)果計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令、放料卷線速度及收料卷線速度確定第一中間結(jié)果；

第二中間結(jié)果計(jì)算模塊，用于根據(jù)張力指令及張力反饋確定第二中間結(jié)果；

放料卷線速度控制指令計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果確定放料卷線速度控制指令；

收料卷線速度控制指令計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果確定收料卷線速度控制指令；

放料卷電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)放料卷線速度控制指令、放料卷半徑及放料卷角速度調(diào)整放料卷速度環(huán)控制器的放料卷電機(jī)參數(shù)；

放料卷速度環(huán)控制器，用于采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)輸出以控制放料卷的放卷速度；

牽引輥電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)牽引輥的線速度指令、牽引輥半徑及牽引輥角速度調(diào)整牽引輥速度環(huán)控制器的牽引輥電機(jī)參數(shù)；

牽引輥速度環(huán)控制器，用于采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；

收料卷電機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)收料卷線速度控制指令、收料卷半徑及收料卷角速度調(diào)整收料卷速度環(huán)控制器的收料卷電機(jī)參數(shù)；

收料卷速度環(huán)控制器，用于采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)輸出以控制收料卷的收卷速度。

10.一種分切機(jī)，其特征在于，采用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述高速收放卷的控制方法實(shí)現(xiàn)；或者具有權(quán)利要求9所述高速收放卷的控制系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)

本申請涉及高速收放卷的控制方法、控制系統(tǒng)及分切機(jī)；控制方法包括步驟：確定放料卷線速度及收料卷線速度；確定第一中間結(jié)果及第二中間結(jié)果；確定放料卷線速度控制指令及收料卷線速度控制指令；調(diào)整放料卷電機(jī)參數(shù)，放料卷速度環(huán)控制器采用放料卷電機(jī)參數(shù)控制放料卷伺服電機(jī)輸出以控制放料卷的放卷速度；調(diào)整牽引輥電機(jī)參數(shù)，牽引輥速度環(huán)控制器采用牽引輥電機(jī)參數(shù)控制牽引輥伺服電機(jī)輸出以控制牽引輥的轉(zhuǎn)動速度；調(diào)整收料卷電機(jī)參數(shù)，收料卷速度環(huán)控制器采用收料卷電機(jī)參數(shù)控制收料卷伺服電機(jī)輸出以控制收料卷的收卷速度。從原理上克服了張力造成的影響，理論上的最高收放卷速度僅受限于材料及電機(jī)轉(zhuǎn)速，極大提升了收放卷的真實(shí)速度。

技術(shù)研發(fā)人員：賈松濤;魯克文

受保護(hù)的技術(shù)使用者：固高科技(深圳)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.07.24

技術(shù)公布日：2020.12.18