张力控制系统
张力控制系统类型与原理
张力控制系统类型与原理1.张力控制系统的类型：（1）张力控制系统可以分为闭环控制和开环控制两类。
闭环控制是通过测量张力信号，并根据信号与给定值之间的差异进行反馈调整，从而实现张力的精确控制。
闭环控制系统可以进一步分为单点调节和多点调节两类。
单点调节是指在整个张力控制系统中，只对一个点进行测量和调节。
多点调节是指对多个点进行张力测量和调节，从而更精确地控制张力的分布。
开环控制是根据张力的经验数值进行控制，缺乏对实际张力的测量和反馈，因此控制精度较低。
（2）在闭环控制中，根据传感器的位置和张力调节位置的不同，可分为两种控制方式：①高速控制方式：传感器安装在张力调节位置之前，这样可以使系统对速度的变化更加敏感，适用于对速度较高的工艺，例如纺织品的绕线操作。
②低速控制方式：传感器安装在张力调节位置之后，这样可以更精确地调节张力，适用于对速度较低的工艺，例如纸张的抄造过程。
2.张力控制系统的原理：（1）传感器测量张力信号：根据不同的控制方式，传感器可以安装在张力调节位置的前后。
传感器通过测量物体所受到的张力大小，将其转换为电信号输出，并传送给控制器。
（2）控制器对信号进行处理：控制器接收传感器输出的电信号，通过放大、滤波等处理，得到一个与实际张力相关的数字信号。
（3）张力调节装置：根据控制器输出的信号，调节张力装置以实现需要的张力。
张力调节装置通常包括电机或气缸等控制元件，并通过调整传送装置的速度或张力装置的力来改变张力。
（4）闭环控制：如果采用闭环控制方式，控制器会将实际测量到的张力信号与设定值进行比较，计算出误差，并根据误差调整控制信号，以实现张力的精确控制。
闭环控制系统通常具有较高的控制精度，能够适应不同工艺的要求。
总结：张力控制系统通过传感器对物体的张力进行测量，并根据测量结果调整张力装置，以实现张力的控制。
控制系统可以分为闭环控制和开环控制两类，闭环控制通常具有较高的控制精度，能够适应不同工艺的要求。
张力控制系统分析
1 引言20世纪60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的现代电气传动技术。
高精度、高可靠性的变频调速系统，凸显了交流异步电动机结构简单、价格便宜、工作可靠和维护方便等优点，为冶金处理线的张力控制技术的发展提供了强有力的保证。
2 带钢张力的作用采用张力控制防止带钢堆拉现象发生，同时，张力在生产过程中也发挥着十分重要的作用，主要表现在以下几个方面[1]：2.1 防止带钢跑偏在实际生产过程中，由于各种因素的影响，带钢在运行过程中容易发生跑偏，而且会随着运行而越来越严重。
为了防止跑偏，可以采用纠偏辊或八字辊，但这两种方法都有一定的时滞，有一定的局限性。
而适当调节张力值，维持张力稳定，带钢可以在一定的张力作用下平稳的运行，张力反映迅速，无时滞，所以是防止带钢跑偏的有效方法。
2.2 有利于控制带钢的板形板形是衡量带钢质量的重要指标，板形良好指的就是带钢的平制度好，如边部起浪，中部浪皱等，这主要是由于变形不均匀，使带钢中的残余应力超出了稳定所允许的拉应力。
当采用微张力控制时，使带钢沿宽度方向上的拉力不超过所允许的拉应力，由此来保持带钢板形的平直。
2.3 有利于控制加热面积的控制炉区的入口段是预热炉，里面没有炉棍，是一段悬空的带钢。
两边喷嘴加热带钢。
利用张力可以调节带钢的悬垂度，保证在预热炉内的带钢充分加热。
此外，张力在煅烧过程中可以适当调节张力辊电机的负荷。
可见张力控制对于正常生产是非常重要的的保证。
而通过张力产生的原理分析，我们可以找出控制或影响张力的有关原因。
3 带钢张力控制方案以冶金处理线的控制为例，介绍具体控制方案。
图1表示了一条简单处理线的主要传动设备，由开卷机、卷取机、活套和若干张力辊组成。
开卷机，卷取机，活套分别建立各段张力，张力辊根据工艺需要分断上下游张力。
处理段br2参与tm1(张力计)的直接张力控制，其他张力辊作为各速度区域(活套将全线分成入口、中部、尾部三段)的速度基准[2]。
6-卷纸张力控制系统
w
V
K2
卷进轴
【
（4）、由三个滑轮和一个弹簧秤组成的测力系统对纸张的张力进行测量。
V
F
张力测量系统
：
（5）、将测得的张力反馈到比较装置与预设张力进行比较。
F
1
F
反馈
、
2、系统的结构框图
F1(s)
<
K1
K2
F2(s )
由系统的结构框图可以求函数为得，
系统的开环传递：
G0
s
K1K2 Km Kn
TmS 1TnS
…
图 1-2 卷纸张力闭环控制系统方框图
（二）、控制过程分析
1、各个环节的传递关系如下：
（1）、实际测得的张力与预设张力进行比较后，经过放大器放大作为电机的 输入电压。
…
F1
F2
K1
比较装置
u
（
（2）、放大器的输出电压作为电机的输入电压对电机进行调速控制。
U
w
：
（3）、电机的转速与卷进轴的转速相同，电所机以电机的转速与纸张的线速度 成线性关系。
m
sin 1
1 1
1 sin m 1 sin m
4、确定新的开环截止频率 c
/
如图所示 1—14：
Lo
(
)
m
1 2
20lg
1
Lo
(c
)
c
4.15
1 20lg 1 2
3.6db
5、确定两转折频率1,2 。
1
1 T
c 2.75
2
1 T
1
c
6.26
6、补偿增益
1 Kc 2.27 7、校正后的开环频率特性
张力绞车自动控制系统综述
间接 式 张力控 制 系统 ，在 无 反馈 控制 系
磁粉 离合器 的特 点主要有 ：
较 高 的 安 全 性 、 可 靠 性
统基础上，对部分 可确 定的扰 动进行相应补偿 ，
１．２．１可 实现线性调速
通过 分析 比较 ，液压 马达 驱动 方式 更 适 提高系统张力 的稳定性 。实 际工作 中，扰动具
高控制成本 。
向阀只起换向作用，在回收工况下 ，比例 换向
随着 液压 技术 不断 提高 ，液压传 动 驱动 ２．２ 开 环 张 力 控 制 系统
下的张力控制系统发展迅速。在大惯性负载张
阀工作于右位 ，出口比例溢流 阀提供较 小背压 ， 工作时 马达输 出转矩 由进 口比例溢流 阀压力值
由于 绞车 转 动速度 较 慢且 保持 稳定 、卷
复合控 制 系统 同时 包含 按偏 差控 制 的闭
可基本保持不变 。
变张力控制，均要求张力控制稳定性 高，抗干 环方式和按扰动或输入控制 的开环 方式。主要
１．２．３可 实 现 无 级 调 速
扰性能强，安全性高 ，实现上述要求 的关键在 设计理念为：针对主要可确定 的扰 动，采用补
与 传感 器及 控制 线路 配合 ，便 可 实现 无 于张力控制器的设计 ，根据 自动控制 原理 ，可 偿装置进行扰动控制 ；对于剩余偏 差，在扰动
闭环 张力 控制 按张 力 的偏差 进 行调节 ，
两者结合，以使系 统输 出张力保 持于期望值 内。 ３张力控 制方案
中得到广泛应用 ，但 同样 也具有部分缺点，例 形成张力反馈控制 ，任何属于 闭环范 围内的张
电液 比例 技术 是 目前大 负载 张 力控制 的
如 ：散热性能较差 、在滑差情 况下效率低 下、 力扰动，系统均可通过控制器作用得 到补偿 。 主要方式，其基本工作原理 如图 ３所示， 由图
带材卷绕张力控制系统设计
带材卷绕张力控制系统设计摘要张力控制系统是以卷材为材料的生产机械上最重要的控制系统，不论产品是纸张、塑料薄膜、纺织品、橡胶片或薄钢板卷材，都是在一定的张力控制下被输送到设备，且在一定的张力下被卷取。
在以数字PID为核心的张力控制系统中，在矩阵键盘以及液晶显示器的帮助下，输入需要的数据后。
张力传感器检测电路得到模拟电压信号，该信号经过放大、滤波、电压跟随后送入10位A/D转换器进行模数转换，得到数字信号，该数字信号送入AVR单片机进行PID等算法运算后，再经过12位D/A转换后得到模拟信号，该信号用于控制电机。
同时，还设计了一个以模拟PID为核心的张力控制系统。
通过给定张力与反馈张力之差，经过模拟PID调节器后输出给变频器。
变频器根据控制精度的要求，工作在闭环速度控制。
这种模式采用过程PID，直接进行张力控制，原理简单、调试方便。
还用Multisim 9仿真了模拟PID。
关键词：张力传感器检测，PID，AVR单片机注：本设计题目来源于教师的企业科研项目，项目编号为：AbstractTension control system is the most important control system, which is based on membrane materials. Whether the product is paper, plastic film, textiles, rubber sheets or thin steel sheet, they all are transferred to the device, and is under a certain tension take-up.With the help of matrix keyboard and LCD display we can input required data. So the tension sensor detection circuit can receive an analog voltage signal. The signal after amplification, filtering, voltage follower, which come into 10-bit A/D converter for analog-digital conversion. It may get digital signal. The digital signal come into MCU, which may operate by PID algorithm or more. The result through the 12-bit D/A conversion turn into analog signal. The analog signal is used to control the motor.At the same time, I also designed a tension system at the core of the PID control. Through setting tension and feedback tension,which come into analog-PID regulator.The analog-PID regulator output to the inverter. The Inverter under control accuracy requirements is working in closed loop speed control. This model uses the process PID. The direct tension control is simple and convenient debugging. It simulate the tension control system with the help of Multisim 9.Key words：Tension sensor detection, PID operation, AVR MCU目录1绪论 (1)1.1 张力控制系统概述 (1)1.2 张力控制系统的国内外发展现状及应用 (1)1.3课题的目的和意义 (2)1.4本课题的主要工作 (3)2张力控制系统总体方案设计 (4)2.1张力分析 (4)2.2张力控制系统原理 (5)2.3张力控制系统控制方式选择 (6)2.4张力控制系统控制器方案选择 (6)2.5张力控制系统需求分析 (7)3张力控制系统硬件设计 (9)3.1硬件设计需求分析 (9)3.2数字PID为核心的硬件设计 (11)3.2.1电源电路硬件设计 (11)3.2.2张力传感器检测硬件设计 (12)3.2.3信号处理硬件电路设计 (13)3.2.4A/D转换硬件电路设计 (15)3.2.5单片机系统硬件电路设计 (16)3.2.6D/A转换电路硬件设计 (19)3.2.7键盘输入硬件电路设计 (21)3.2.8显示电路硬件设计 (22)3.3模拟PID为核心的硬件设计 (23)3.3.1模拟PID调节器硬件设计 (23)3.3.2模拟PID系统仿真 (30)3.3.3变频器 (31)4张力控制系统软件设计 (33)4.1主程序及初始化子程序 (33)4.1.1主程序 (33)4.1.2初始化子程序 (33)4.2 PID算法程序 (34)4.3采样程序 (36)4.4数模输出程序 (38)4.5矩阵键盘子程序 (40)4.6显示子程序 (40)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)附录A (44)附录B (46)1绪论1.1 张力控制系统概述张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金、造纸、薄膜、染整、织布、塑胶等线材或带材设备上，是一种实现恒张力或者变张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的控制[9]。
本科毕业设计PLC张力控制系统的设计5
绪论随着科学技术的不断进展，工业生产的自动化程度不断地提高，微处置器、运算机和数字通信技术的应用愈来愈普遍。
工业自动化的主要支柱之一——PLC 在工业生产上具有普遍的应用，如造纸业、纺织业、橡皮业、薄膜加工业等等。
而PLC张力控制在上述工业中具有关键的作用。
在一般的造纸厂、印刷厂、纺织漂染厂、食物厂等，当处置一些如纸张、薄片、丝、布等长尺寸材料或产品时，都会用上卷壳及滚筒组成的加工生产线，因此，放料作业的张力控制，便成为通用的基础技术。
张力控制的作用就是在料膜动态处置进程中，维持恒定的张力，抑制外来干扰引发的张力抖动。
以料膜为例，在放卷，收卷和供料进程中，料膜上要维持必然的张力（或称之为拉伸力），过大的张力会致使料膜变形乃至短裂，而过小的张力又会使料膜松弛，致使褶皱，或处置尺寸不准等弊病。
如此就要求在料膜的处置进程，要维持恒定的张力。
张力控制的作用就是在料膜动态处置进程中，维持恒定的张力，抑制外来干扰引发的张力抖动。
本设计利用了伺服电机，三菱变频器、普通电机、西门子可编程控制器（PLC）、角度传感器。
项目中对两部份张力控制所选用的电机不同，是因为考虑到了生产本钱的因素。
在卷膜传送部份，需要的控制要求高，因此选用在性能好但价钱高的伺服电机，而在卷纸回收部份，需要的控制要求比较低，因此选用了廉价但能知足生产要求的普通电机。
设计中的张力控制系统，在利用传感器上选择了角度传感器。
通过对传送卷膜、卷纸的可动辊与水平面的夹角的测量，来判断张力大小是不是发生转变。
把检测出转角的模拟量送入控制器——PLC中进行控制。
第一章：张力控制系统的初步熟悉张力控制系统概述1.1.1 张力控制在一般的造纸厂、印刷厂、纺织漂染厂、食物厂等当处置一些如塑料膜卷、纸张、薄片、丝、布长尺寸材料或产品时，都会用上卷壳及滚筒组成的加工生产线，因此，放料作业的张力控制，便成为通用的基础技术。
以料膜为例，在放卷，收卷和供料进程中，料膜上要维持必然的张力（或称之为拉伸力），过大的张力会致使料膜变形乃至短裂，而过小的张力又会使料膜松弛，致使褶皱，或处置尺寸不准等弊病。
自适应张力控制系统的应用
自适应张力控制系统的应用摘要：文章讨论了采用张力模型的张力控制系统,构造了一种应用递推最小二乘法估计变参数的自适应张力控制系统,并讨论了在复卷机控制系统中的应用。
关键词：张力控制张力模型自适应控制递推最小二乘估计复卷机张力控制系统是现代工业中广泛应用的控制系统之一。
张力控制系统主要有两种形式：直接张力反馈和采用张力模型(图1)。
直接张力反馈具有控制结构简单,控制响应迅速的优点,但很难同时兼顾响应的快速性和控制的平稳性,在某些场合,如工作物易断裂,当车速变化率比较大特别是在降速时,由于实测张力突然丧失,控制发生突变,往往导致系统过度响应而发生断纸。
而选择采用张力模型的张力控制方式则可以期望使系统的性能得到改善。
在张力控制系统中,通常采用交流调速系统控制前辊的卷取速度并提供卷取动力,后辊主要采用磁粉制动器或调速电机驱动。
后辊采用电机驱动方式(后辊电机处于发电运行状态,提供反向力矩以产生张力),具有控制性能好,能回馈能量、减小功耗及可以反向卷取的优点,尤其是近年来,由于变频调速技术的成熟使得采用交流变频调速系统构成张力控制系统成为主流。
本文主要讨论后辊由交流变频调速系统驱动的张力控制系统,并将自适应控制的方法用于张力控制系统设计。
图1采用张力模型的张力控制系统1．张力模型工作物在卷取过程中被拉伸,若其变形在弹性变形范围内,则其两端张力遵循虎克定律。
为叙述方便,设工作物为纸幅。
在卷取过程中,纸幅的伸展率为由虎克定律得纸幅两端张力为由式(1)可见,卷取过程中工作物所受张力来源于前后卷取辊的相对转速差。
本文将式(1)称为张力模型,并将直接或间接用张力模型构成反馈的称为采用张力模型的张力控制系统。
由于式(1)是多变量的和非线性的,通常,只有计算机控制系统才能实现采用张力模型的张力控制。
采用张力模型可以不必在系统中设置张力检测装置以实时检测纸幅的张力,但直接应用式(1)估计张力存在一些问题。
首先,由于纸幅的非均匀性使得张力模型中纸幅弹性模量e具有不确定性,而且e的在线检测几乎是不可能的,同时,诸变量实测值包含的检测噪声可能造成数值计算的不稳定。
张力控制系统及常见故障排除
5 2 2014/05 印刷技术·包装装潢
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50-55经验交流.indd 52
2014-4-30 14:56:11
放卷
张力 传感 器
磁粉 制动 器
张力 控制 器
图1 放卷张力控制系统示意图
牵引 辊
转轴
低摩 擦气 缸
电位 器
摆辊 图2 牵引张力控制系统示意图
故障一：印刷套印不准 故障现象：在印刷设备正常运行 过程中，摆辊发生不规则摆动，且摆 动幅度较大，进而造成套印不准。 故障排除：张力控制系统的结构 较为复杂，因此该故障产生的原因较 多，对此，笔者进行了归纳总结，主 要有以下几个方面。 (1) 摆辊 气 缸 的气 控 回路 元 器 件容 易发生损坏，从而导致活塞漏气，摆 辊气缸加载气压不稳定。对此，可考
这种控制方式是目前的主流方式。 间接张力控制又称补偿控制，其
可以对影响张力稳定的参数进行调节 补偿，以避免将要出现的张力变化， 间接地保持张力稳定。相比直接张力 控制，间接张力控制的随机性较差， 且控制精度较低。
构成与工作原理
安 装于 凹 印机 、 涂布 机 、 复合 机、分切机等设备上的张力控制系统 主要由放卷张力控制系统、牵引张力 控制系统和收卷张力控制系统三部分 组 成， 通过 张 力传 感器 、张 力 控制 器、变频控制器、磁粉制动器等元器 件实现卷筒材料的恒张力控制。
故障二：张力不稳定 故障现象：在收卷过程中，当卷 径较大时，收卷张力显示值往往会随 卷径的增大而不断减小，此时驱动器 的输出电流会不断增加，当输出电流 超过电机的额定电流后，便会引起驱 动器过流保护，发出故障报警。 故 障排 除 ：笔 者 首先 检 查 驱动 器的负载和电机测速编码器，二者均 正常。通过对收卷张力控制器进行校 准，发现其中一个张力传感器发生了 故障，从而使得检测到的收卷张力信 号值是实际收卷张力值的一半，随着
张力控制系统与卷径计算
图 ２ 张力开环转矩 控制系统
Ｆｉｇ．２ Ｏｐｅｎ—ｌｏｏｐ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎ
电机 转矩
Ｔ＝ＦＤ／（２ｉ）
（３）
式 中 ，Ｆ为张力 设定 值 。
电机 的转 矩计算 出来 后 ，用来 控 制变频 器 的
电流 环 ，这样 就可 以控 制 电机 的输 出转 矩 。该 控
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｒｅｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ： ＣｌＯＳｅ—ｌｏｏｐ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎ．ｏｐｅｎ—ｌｏｏｐ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｌｏｓｅ—ｌｏｏｐ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｅｎｓｉｏｎ． Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｒｅｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｃｏｉｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ：ｓｅｔ— ｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ， ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｐｅｅｄ， ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｃｏｉｌ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ； ｓｔｒｉｐ
在 张力 闭环 速度 控制模 式 下 ，首先 由线 速 度 和辊子 的卷 径实 时计 算 出频 率 指令 ，然后 通 过 张 力 检测装 置 反 馈 的 张 力 信 号 与 张力 设 定 值 构 成 ＰＩＤ 闭环 ，调 整变 频器 的 实 际频率 ，控制 原理 如 图 １所示 。
根 据线 速度 ＝￣Ｄｎ／ｉ，转 速 ｎ＝６０ｆ（１一Ｓ）／ Ｐ，得 出
浅谈涂布机张力控制系统
浅谈涂布机张力控制系统摘要：改革开放以来，印刷包装业取得了长足发展，再加上入世以后国际和国内市场的需要，都要求我国的印刷包装机械和包装工艺的质量要有明显的提高和改善。
特别是一些涂布复合设备的制造，大多数都是根据客户要求单件定做，这就不仅要求涂布设备的制造企业具有很强的机械设计实力，同时能够提供稳定的张力控制系统。
在现代制造产业中，张力控制系统已经成为包括涂布行业在内的多个行业的共性技术之一。
尤其在太阳能背板、集成电路、光学膜等精密涂布行业，高精度张力控制系统已经成为支撑性的关键技术。
关键词：涂布机；张力控制系统；光学膜引言涂布产品的需求量因为包装工业的高速发展而日益增大，因此部分厂商为提升市场竞争力，对涂布机系统进行技术升级与改造，从而对传统涂布工艺进行升级，进而提升涂布质量与产量，并且可以增加涂布的样式与花色。
此外，控制涂布机系统的张力是改造过程中的关键，并且产品的数量、质量、涂布基带的物理特性、基带的使用年限等均与涂布机系统中的张力大小有直接联系。
因此，科学、合理的控制涂布机张力大小对于提升生产厂家的经济效益有至关重要的作用。
1涂布机的组成部分涂布机主要由放料单元、储料单元、涂布头、复合单元以及收料等单元组成。
2涂布生产过程放卷辊、涂布辊、牵引辊、烘箱和收卷辊等是涂布机主要的机械结构。
完整的生产过程：在放卷辊上放置待涂的基带，通常为白纸或塑料薄膜，随后在导向辊的作用后，基带被拉到涂布辊与橡胶辊的中部，紧接着基带在压缩空气的作用下压紧与涂布辊上，并在料池中将涂布辊的下部浸入，涂料在涂布电机转动过程中会吸附在涂布辊表面，随后其与压紧的基带相接触，从而使基带中吸附涂布辊中的燃料，随后牵引电机将涂好的潮湿基带送入烘箱中完成干燥作业，涂料在出烘箱后呈现烘干状态，最后将收卷辊收成整卷，涂布过程便完成。
3张力控制系统的工作原理在涂布机的张力控制系统中，PLC是整个系统的核心部分。
工作时在触摸屏上设定工作参数，这些参数通过紫色电缆写到PLC的相应寄存器。
浅谈卷取设备中张力控制系统发展现状
浅谈卷取设备中张力控制系统发展现状摘要：张力控制是纺织,造纸等行业应用最为广泛的一项技术，它实现的好坏直接关系到产品的生产效率的高低和质量的优劣。
本文对张力控制领域的间接法、直接法张力控制原理进行介绍，并梳理恒张力控制系统的国内外发展现状，为进一步研究提供了相关参考资料。
关键词：卷曲设备；张力控制；专利分析；技术发展一、引言张力控制,比较通俗的讲,就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。
早期的工业应用中,张力控制并未引起人们足够的重视。
直到人们对卷取材料的质量和表面质量提出越来越严格要求的时候,张力控制技术才逐渐被各国电气工程师重视起来,特别是张力应用最广泛的纤维、造纸、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中,带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。
二、张力控制系统的概念以及基本原理在纺织、造纸等轻工业行业中,在加工过程中或者是加工完成之后,最后的一道工序一般就是将加工物卷绕成筒状。
在这一过程中,卷绕的好坏将是决定产品质量的关键,卷的太紧,容易使织物变形,拉断,卷的太松又容易使卷取不紧凑,不利于搬运和运输,因而为了达到使卷绕紧凑,保证产品的质量,都要求在卷绕过程中,在织物上建立一定的张力,并保持张力为一恒定值,能够实现这一功能的系统,就叫做张力控制系统。
目前应用的张力控制系统,根据其测量控制的原理结构,主要有以下三种:1.间接法张力控制系统2.直接法张力控制系统3.兼有间接法和直接法的复合张力控制系统2.1间接法张力控制原理间接法张力控制,也就是通过调节驱动力的及时大小来实现张紧力的调节。
比较通俗的讲,是一个开环扰动的控制系统,即按照现场张力与实际设定值之间的偏差来进行调节,通过间接地改变张力执行部件的激励电流、磁场等电气参数来动态补偿现场的干扰量。
电动机通过减速机构输出控制收卷轴的卷取速度:卷取速度快,相应地张力就大,卷取速度慢,张力显示就小。
因而只要借助于一定的检测设备,检测出现场的扭转角速度或者是卷径,在保证电机激励磁通不变的情况下,动态修正激励电流即可以实现在卷径和速度变化情况下现场张力的恒定。
张力控制系统原理
张力控制系统原理
张力控制系统原理指的是通过对物体施加合适的张力，实现对物体运动过程中张力的准确控制的一种系统机制。
该机制经常应用于各种需要保持物体线形平稳、防止松弛或过紧的应用场景，比如纺织品生产、电线电缆生产、印刷机械、包装机械等。
张力控制系统的基本原理是通过对张力的测量和反馈控制来实现。
通常，该系统由传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于测量物体上的张力，将其转换为电信号后传送给控制器。
控制器根据测量得到的张力信号与设定的目标张力进行比较，计算出误差，并通过调节执行器实时调整张力，使其趋近于目标张力。
为了实现有效的张力控制，系统需要考虑到多种因素。
首先，它需要精确测量张力，并将其转换为电信号。
传感器选择要考虑到测量范围、精度和稳定性等因素，以保证准确性。
其次，控制器需要具备高精度和高速度的运算能力，能够根据测量值和目标值计算出误差，并迅速调整执行器以实现即时控制。
最后，执行器应具备良好的响应能力和可调整性，能够快速且准确地调整物体的张力。
在实际应用中，张力控制系统需要根据具体的应用场景进行调整和优化。
例如，在纺织品生产中，张力控制系统需要考虑到织物的材质、宽度、速度等因素，并通过调整辊筒的张力和速度来实现对织物的准确控制。
在印刷机械中，系统需要根据印刷材料的特性和印刷速度等因素，合理控制张力，以确保印刷品的质量和稳定性。
总之，张力控制系统原理是通过测量和反馈控制，准确调整物体的张力，实现对物体线形平稳、防止松弛或过紧的控制机制。
它在各种行业中有着广泛的应用，并需要根据具体场景进行定制和优化，以满足不同的需求。
燕山大学 控制工程基础_第三版_机械工业出版社_课后答案
指挥仪
伺服机构（控制仰角） 伺服机构（控制 绕垂直轴转动）
方向
误差
敏感 元件
视线
w.
误差
目标
跟踪 计算机 指挥仪
co
定位伺 服机构 （方位 和仰角） 瞄准环路
火炮瞄准 命令
瞄准
跟踪环路
图 1-13 题 1-8 图
控制工程基础习题解答 第二章 2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当 t<0 时，f(t)=0。 (3). f (t ) = e
2-17．组合机车动力滑台铣平面时，当切削力 Fi（t）变化时，滑台可能产生振动，从而降 低被加工工件的切削表面质量。可将动力滑台连同铣刀抽象成如图所示的质量-弹簧-阻尼系 统的力学模型。其中 m 为受控质量，k1，k2 分别为 x0(t) x1(t) 铣刀系统，x0（t）为输出位移。试建立数学模型。 解：微分方程为： k1 k2 Fi(t) ̇1 (t ) Fi (t ) − k 2 ( x1 (t ) − x0 (t )) = ṁ x m
课 后
答
s 2 − 2s + 5
案
s
网
ww w.
U 0 (s ) 。 U i (s )
kh da
⎡ ⎤ 2 s 2 + 5s + 2 k 2 s + k3 =⎢ s + 2s + 2 2 s = −1 − j ⎣ (s + 2 ) s + 2 s + 2 ⎥ s = −1 − j ⎦ −3−3j − k 2 + k 3 − jk 2 = = −3 j 1− j k2 = 3
2
f
k1
+
-
1 J1s 2
θ0(s)
张力控制
张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。
这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。
即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。
张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。
若张力不足，原料在运行中产生漂移，会出现分切复卷后成品纸起皱现象；若张力过大，原料又易被拉断，使分切复卷后成品纸断头增多。
一、标准变频器与收放卷变频器型号介绍尤尼康收放卷行业专用变频器，可以进行卷径计算。
AF201仅仅支持速度控制模式，AF202不仅支持速度控制模式，还支持转矩控制模式。
AF200标准产品不能进行卷径计算，收放卷行业专用变频器系列包括了标准产品的主要功能，还有行业特定的功能，可以进行卷径计算，有相应卷径计算功能码做相关设置，比如H0.00、H1.00、H1.24等等功能码。
AF201标准产品仅仅能做一个无速度编码器反馈的矢量控制，比如木工机械、音乐喷泉、扶梯、陶瓷机械、离心机、塑料吹塑机、细微拉丝机、磨床、雕铣机、跑步机、大圆机等等行业应用中。
AF202可以做有速度编码器反馈的闭环矢量速度控制，还能做转矩控制，设置PD.00=1变频器由速度控制模式变为转矩控制模式，这里可以设置P6.21作转矩给定或者张力给定及速度限定。
主要应用有：替换力矩电机、皮革机、鱼网编织机、浸胶机等等。
AF201收放卷行业专用变频器只能实现有位置摆杆或者浮动辊的速度控制，比较典型的行业应用是拉丝机速度控制。
AF201收放卷行业专用变频器可实现卷径计算、进行PID调节的复合控制模式实现恒定线速度收放卷控制。
应用行业主要有：双变频拉丝机、直进式拉丝机、层绕机、动力放线架、复卷机等等。
AF202收放卷行业专用变频器包含了AF201收放卷行业专用变频器的主要功能，不仅能做速度控制，还能做转矩控制，可以实现恒定转矩控制或者恒定张力控制。
张力控制系统
张力控制器的研究1张力控制器的作用在国防和民用工业领域，缠绕工艺得到愈來愈广泛的应用。
纤维缠绕机(FWM)：在缠绕火箭发动机壳体、圧力容器时，纤维张力对制品的性能有着极为重要的彫响。
如果张力选择不当或不稳定，可使缠绕制品的强度损失20〜30%,对于一些特殊要求的产品，各部分张力的要求乂有所不同。
因此张力控制是FWM 的一项关键技术。
较早的张力控制方式有机械式、液压式、气动式等类型，为适应微机控制的需要，近儿年以磁粉离合器作为执行元件的张力控制系统，得到广泛的应用，如图11. 1.2为张力控制器实图。
1.1张力控制器1.2张力控制器1.1张力的产生在复合材料成型工艺中，为了得到满足成型工艺要求的张力，必须有摩擦力或阻力施加于缠绕材料上，摩擦或阻力的产生分为两种情况，一种情况是在缠绕过程中，在缠绕材料表面设置摩擦带或皮带，由于芯模的旋转收线，摩擦辘或皮带与缠绕材料之间必然产生摩擦力，摩擦馄与芯模之间的缠绕材料形成张力。
在这种情况中，缠绕材料张力不随卷轮或纱团半径变化而变化，整个系统结构比较简单。
但由丁摩擦银对缠绕材料表面有正压力和摩擦力，因而对有些材料不适用。
另一种张力产生办法是对开卷辗施加阻力矩，即开卷規放线时，在卷辗中心轴上设置可产生阻力的装置。
在这种类型中，如阻力矩保持不变，缠绕材料张力就会随卷報半径变化而变化，这种现象使张力变得更为复杂，但这种方式使用较为广泛，数控纤维缠绕机的张力控制系统大多采用这种方式。
1.2张力控制方法的选择张力的控制方法按照不同的工艺要求，可以分为间接张力控制和直接张力控制两种。
间接张力控制是通过控制维持张力恒定的传动系统的电参数（往往是速度调节器的输出限幅）实现张力控制，一般采用最大力矩控制或恒功率控制等方式，适用于一般要求不高的场合，可简单实现一般张力控制要求。
克接张力控制系统采用张力传感器并构成张力闭环调节，视传感器结构不同, 可分为位置式张力控制和反馈式张力控制。
涂布机的张力控制系统
涂布机的张⼒控制系统1.放卷张⼒的控制 材放卷辊与涂布辊之间的张⼒控制及第⼆基材放卷辊与复合辊之间的张⼒控制。
放卷时均采⽤被动式的恒张⼒放卷，因此放卷过程中随着卷径的减⼩，张⼒要保持基本恒定，就要由磁粉制动器通过调节转动⼒矩来满⾜张⼒恒定的要求。
同时因为这两段的距离⽐较短，所以张⼒初始值的设定要⼩⼀些。
值得注意的是膜卷越重。
放卷张⼒就越⼤；卷径相同时膜卷越宽，张⼒越⼤。
2.⼲燥部分张⼒的控制 ⼲燥部分张⼒是由涂布辊与复合辊的速度差造成的。
⼀般情况下复合辊的速度要⽐涂布辊速度⼤0.05％～0.1％，这样才能保证膜处于平整的状态。
在⼲式复合机中通过调节电流输出来改变复合辊与涂布辊的速度差，达到调节中间⼲燥部分的张⼒。
这部分的张⼒除了受速度差的影响外，还与实际基材的伸缩率、薄厚变化、⼲燥温度、⼲燥区的长度、膜的传输速度等因素有关。
如果薄膜的伸缩率越⼤，在张⼒作⽤下越容易变形，所以应针对不同材质的薄膜适当调整电流输出，改变速度差，从⽽得到⼀个合适的张⼒值。
如果基材的厚度不均匀，复合辊和涂布辊的压⼒就会波动，从⽽造成速度的变化，也即影响了张⼒。
如果这部分的张⼒太⼩或者没有张⼒，即涂布辊的速度⼤于或等于复合辊的速度则会出现膜的褶皱，甚⾄造成膜堆积现象，影响胶粘剂的涂布效果。
但是也不能过⼤，因为受⼲燥温度的影响，张⼒太⼤会使薄膜在受热的状态下发⽣不可逆的拉伸变形，甚⾄出现纵向的皱纹，造成复合膜的报废。
3.收卷张⼒的控制 收卷张⼒控制是指收卷辊与复合辊之间的张⼒控制。
在收卷时由磁粉离合器对卷芯施加卷取转矩，通过卷取层间的摩擦传达⼒，在最外层发⽣张⼒，此为收卷张⼒。
其控制的⽬的就是使复合好的膜卷成状态最好的膜卷。
张力控制系统
张力控制系统发展（MC18）张力控制系统（美塞斯MAGPOWR400-8301898)工业领域最大的张力控制系统供应者。
成立于1968年，1996年并入美塞斯国际集团张力控制系统的发展概况•张力控制系统主要分为三个发展时期。
分别是机械式张力控制器、电控式张力控制器、计算机控制张力器•一、机械式张力控制器：通过机械结构来实现张力控制的。
如早期的“eTe"是一种力平衡式自动补偿张力器，其制动阻力矩靠刹车与制动轮的摩擦产生，制动阻力矩的调节是依靠调节刹车弹簧的变形来实现的。
机械式张力控制器的缺点是张力值不能自动设置控制，精度低！•二、电控式张力控制器：随着电子技术的发展，70年代后期出现了电控式张力控制器。
这类张力器通常使用在应变传感器感知张力，然后反馈给控制器。
控制器将张力器设定值与反馈值比较，校正，输出控制信号，经过放大后张动电机或电磁离合器,是张力保持在一定范围。
这种张力控制器可以自动调节张力，控制的精度比机械器有所提高，每一个张力器可单独控制和标定。
但由于外界环境对模拟的电路的干扰，张力容易产生波动。
•三、计算机式张力控制器：随着高性能价格比的微处理器的出现，张力器的控制也由模拟式转向数字式，出现了由计算机控制的张力器，由于计算机的高计算速度、高精度与可靠性，减少了电子控制系统的复杂的硬件电路，使系统大大简化，可靠性更高，同时也为使用各种先进控制提供了前提条件。
目前已经进入了实际应用阶段的计算机控制式张力器多以磁粉离合器，力矩电机为执行元件，微机控制张力器既可单独工作，又可以同主机连接通信。
张力值可以被记录，显示和自动设定，因而，这种控制得到广泛的应用。
美塞斯的张力控制系统发展•美塞斯的张力控制系统真正起步是在1996年。
它的前身是MAGPOWR创建于1968年，当时全球就鲜少张力器的供应商，优质的供应商就更少了。
MAGPOWR以其精确，高质量和高反应能力的张力控制器一跃为高端优质的张力控制器供应商，广受顾客青睐。
张力控制系统中的张力控制与变频
张力控制系统中的张力控制与变频1.力控制原理。
以造纸机的张力控制为例，在图1a)所示的张力控制示意图中，传动电动机M的张力实际值是位于它前面的张力传感器的实际值。
通过检测该处的张力情况，来控制传动电动机M的速度，从而形成一个张力闭环。
电动机M的速度加快，则纸幅拉紧，张力的实际值就会上升；相反，速度降低，则纸幅松垂，张力的实际值就下降。
在这里，纸幅张力的设定值为T设定，实际值为T实际，经过张力控制器（T-控制）的PID调节器后，再乘以3%的偏移量，作为该传动点速度设定值的一个组成部分。
原来传动的速度设定值（V设定）加上该组成部分，就是速度环（V-控制）的输入值，然后即可进行速度控制。
在这里设置3%偏移量的目的就是通过传动速度的改变而使张力得到有效的控制。
图1 张力控制示意图在图1b)所示的张力控制原理中，T-控制就是张力控制模块的实现，包括自动和手动两种方式。
张力控制模块投运前需先检测判定现在的张力实际值是否在可投运的范围之内，否则就不能投运，此时按手动投运按钮或当自动投运信号为“1”时，即进入张力控制模块的循环中。
张力PID模块的退出，它的条件为相关部位检测到断纸信号或按手动退出按钮。
2.力控制软件流程。
这里以某一点的张力控制为例，采用plc语言编程进行张力软件的设计，其示意如图2示。
由此可以推广到多点张力控制中去。
①读取张力设定值。
张力设定值的输入可从工艺控制台上进行，并可通过脉冲开关的动作对设定值微调，以符合实际纸幅稳定运行的需要。
②读取张力实际值。
张力实际值的产生是从PLC的模拟量板中获取的，调用相应的功能块程序。
本过程读取张力的模拟量值后，在输出端得到标准化的量值，并可通过“高限”和“低限”参数来设置量程。
从模拟量输入板读出的模拟量值首先变换为右边对齐的定点数（以标称范围为基础）。
③张力控制投入判断。
张力控制是否投入取决于工艺的需要和纸幅是否已经上卷，纸幅是否断裂，在其他逻辑块中进行手动按钮投入或自动信号投入的设定，以及自动退出。
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张力控制系统MAGPOWR
（美塞斯MC01/400/830/1898）往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。
工作原理
这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。
即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。
张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。
若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。
一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。
根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统；根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等，下图为一个典型的闭环张力控制系统。
人工控制
MAGPOWR <1ll人工张力控制系统是适合于收卷，点到点和一些特定的放卷应用场合使用的低成本解决方案.
我们的手动电源供应器可以让f~ 淌除剩磁，15可以通过莫独特的皮向电流性能而用到制动器或离合器的完整的功率范围。
该系统最适合应用于:
( 1 )需要自然锥角的收卷场合
( 2 )卷装成形保持不变的点到点应用场合
( 3 )从满卷到卷芯的放卷过程中允许有少量张力变化的场合
人工电源供给采用电流调节方式，当离合器或制动器从环境温度变化到工作温度时，莫输出仍保持不变。
可选用带有跳结器的90VDC 和24VDC 电压供给，额定电流可以调节，还可匹配磁粉制动器满足榕的应用需求。
可选安装方式DIN 标准导轨(C E) .撞墙式安装，印刷电路板。
张力控制系统(3张)
控制方式
1、手动控制,在收料、放料或过程中不断调整离合器或制动器的扭矩，从而获得所需的张力，这就要求用户必须随时检查被控材料的张力，随时调节输出力矩，若用气动制动器或离合器时，手动控制器可直接选用精密调压阀，可使用户节约一定的设备成本，但仅适用于一些低速的复合机、挤出机、纺织机械等张力控制要求不高的场合。
2、半自动方式：利用超声波原理等自动检出卷径，从而调整卷料张力，例如：美国Montalvo（蒙特福）公司U3500型超声波张力控制器，从本质上来讲是一种张力的半闭环控制，不仅可以自动测出卷经、控制扭矩输出，同时还具有缓冲启动、防松卷和惯性补偿等功能。
该方案的实施成本较低，因此在中档机械中应用广泛。
3、全自动方式：一般也有两种检测方式。
一种是通过张力传感器测定卷材的张力，然后由控制器自动调整离合器或制动器来控制卷料张力。
这种方式是张力的全闭环控制，原理上来讲，此种方案能够实时反映出张力的变化因此控制精度最高，因此一些高档的精轧机、高速分切机等冶金上采用全自动的张力控制系统。
[1]
举例
开环跟踪臂：
这些安装简单的系统可以基于卷筒直径的变化实现
张力控制。
可选的控制输出范围:O - lOVDC. 4-20 mADC. 90VDC
可选安装方式: DIN 标准导轨(C E) .印刷电路板
开环超声波：
该系统设计简单、精确，易于安装。
张力控制可墓
于变化的锦简直径，不会和卷材有任何物理接触.
同样支持在收卷时调整梯度张力
当装卷快满时，可输出直径的倒数来使电机减速以减少离
合器的;青移发热量
可控输出: 0 - 10VDC f 4 阳20mAD f - 10 - 10VDC f
90VDC , 24VDC
可选安装万式:挂墙式安装(CE) ，DIN 标准稽体安装(CE)
自由环超声波张力控制：
该系统使用简单，是控制速度的低成本解决万案，
适用于靠卷材的自重就可以提供足够张力应用场台。
适用于靠材料的自重就可以提供足够张力的应用场合
最适用于开机/停机或者放卷卷筒不圆的场合使用
通过缰)申环位置反馈来提供控制
可选安装方式:箱体安装(CE) ，符合DIN 标准的嵌入面板
式安装(C E)
可选输出: O~10 VDC I 4~20 mADC I -10~10 VDC
闭环张力控制：
该系统是适用于启动/停车或者放卷的卷装不圆时保
持张力恒走的最理想选择。
当卷装满卷时，可输出亘径的倒数来使电机减速以控制收
卷速度，减少离合器;需移损耗热量(当VERSATEC ™ 张力
控制器和US - 2 超声波感应器共同选用时)
可控输出:0 - 10VDC , 4 - 20mAD , -10 - 10VDC I
90VDC , 24VDC
可选安装方式:撞墙式安装( CE ), DIN 标准箱体安装
(CE) ，DIN 标准导轨安装(CE) ，印刷电路板
张力控制(5张)
张力控制系统扩展
张力控制系统MAGPOWR（美塞斯MC026/400/830/1898）是指能够持久地控制原料在设备上输送时的张力的能力。
这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。
即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。
张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。
若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。
资料来源：/view/2257075.htm。