[實用新型]一種具有自適應能力的恒張力控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821885564.8
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN209167910U
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 馮福成;郭鑫;牛志鵬;閆文超;賀新春;朱睿;張興忠;任丁卉
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)山西省電力公司大同供電公司;山西鴻順通科技有限公司
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 北京八月瓜知識產(chǎn)權代理有限公司 11543
• 代理人: 馬東瑞

本實用新型涉及自動化控制領域，特別涉及一種恒張力控制系統(tǒng)。一種具有自適應能力的恒張力控制系統(tǒng)，其技術方案是：被控對象約束器與彈性支撐件剛性連接，應變片粘貼在彈性支撐件上；信號減法模塊的輸入端一路接入電壓參考信號，另一路接入應變片輸出的電壓信號；信號減法模塊的輸出端一路接入第一傳遞函數(shù)模塊，另一路接入信號微分模塊；信號微分模塊的輸出接入第二傳遞函數(shù)模塊；第一傳遞函數(shù)模塊與第二傳遞函數(shù)模塊的輸出均接入信號反向加法模塊；信號反向加法模塊的輸出接入第三傳遞函數(shù)模塊；第三傳遞函數(shù)模塊的輸出接入電機控制端。本實用新型實現(xiàn)了對時變的、波動性大的系統(tǒng)無滯后性控制，控制過程完全由硬件完成，電路簡單，響應速度快。

技術領域

本實用新型涉及自動化控制領域，特別涉及一種恒張力控制系統(tǒng)。

背景技術

張力控制系統(tǒng)是張力傳感器和張力控制器的一種系統(tǒng)集成，主要應用于冶金，造紙，薄膜，染整，織布，塑膠，線材等設備上，是一種實現(xiàn)恒張力或者錐度張力控制的自動控制系統(tǒng)，其作用主要是實現(xiàn)輥間的同步，收卷和放卷的均勻控制。

通過張力傳感器采集張力的方法主要有兩種：一種是將張力轉(zhuǎn)化為壓力，如圖1所示，被控對象經(jīng)過三個滑輪后，傳送方向未改變，其中，第二滑輪的軸上連接有壓力傳感器，該傳感器測得的力為張力分量，能夠表征張力的大小。另一種是將張力轉(zhuǎn)化為距離，如圖2所示，被控對象經(jīng)過彈片時，張力分量作用于彈片，彈片發(fā)生形變從而改變磁鐵與霍爾元件的相對位置，通過測量該位置的變化獲取張力大小，但采用霍爾元件容易受到外界磁場的干擾。

張力控制器通常采用數(shù)學建模控制、模糊PID控制或基于神經(jīng)網(wǎng)絡(深度學習)的智能控制。數(shù)學建模控制需要根據(jù)電機參數(shù)建立機電模型，描述電機出力控制等過程，再根據(jù)絞盤(其他拖動機構)半徑、摩擦力等參數(shù)建立力矩平衡模型，最終根據(jù)上述兩個模型輸出恒張力控制參數(shù)。該方法必須已知電機和絞盤(其他拖動機構)參數(shù)，以及被控物(如線纜、紙張、紗線)的運動規(guī)律，當其中有一個參數(shù)改變將使恒張力的控制精度下降，即針對每一種恒張力設備都需要設計符合其特性的控制模型，該方法適用范圍較小，精度難以保證，研發(fā)投入時間長。模糊PID控制主要采用模糊算法和PID進行恒張力控制，相較于數(shù)學建模控制，該方法不依賴被控對象的數(shù)學模型，只須知道被控對象控制策略即可，其對非線性時變系統(tǒng)的控制效果較好。但是其模糊控制規(guī)則主要依靠經(jīng)驗和試驗獲取，在不同設備上應用時，可能因設備參數(shù)或使用場景不同而使控制結(jié)果差異較大，同時其模糊決策規(guī)則寫入控制器后不能在線修改，在波動大且快速的控制中，存在較明顯的滯后性。基于神經(jīng)網(wǎng)絡的智能控制采用模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)進行決策控制，具有一定的自學習能力和自適應能力，其控制精度高、調(diào)整速度快、容錯性強。但是該方法的建立需要大量的數(shù)據(jù)用于系統(tǒng)學習，且算法復雜，軟件開發(fā)難度大、硬件資源需求大。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是：為解決現(xiàn)有恒張力控制方法難以對時變的、波動性大的、實時性強的系統(tǒng)控制問題，提供一種具有自適應能力的恒張力控制系統(tǒng)。

本實用新型的技術方案是：一種具有自適應能力的恒張力控制系統(tǒng)，它包括：張力采集裝置以及張力控制器；

張力采集裝置包括：被控對象約束器、彈性支撐件以及應變片；被控對象約束器與彈性支撐件剛性連接，應變片粘貼在彈性支撐件上；

張力控制器包括：信號減法模塊、信號微分模塊、第一傳遞函數(shù)模塊、第二傳遞函數(shù)模塊、信號反向加法模塊以及第三傳遞函數(shù)模塊；信號減法模塊的輸入端一路接入電壓參考信號，另一路接入應變片輸出的電壓信號；信號減法模塊的輸出端一路接入第一傳遞函數(shù)模塊，另一路接入信號微分模塊；信號微分模塊的輸出接入第二傳遞函數(shù)模塊；第一傳遞函數(shù)模塊與第二傳遞函數(shù)模塊的輸出均接入信號反向加法模塊；信號反向加法模塊的輸出接入第三傳遞函數(shù)模塊；第三傳遞函數(shù)模塊的輸出接入電機控制端。