5.3 收放卷及张力控制 收放卷及张力控制需要使用 TcPackALv3.0.Lib，此库需要授权并安装： “\BeckhoffDVD_2009\Software\TwinCAT\Supplement\TwinCAT_PackAl\” 此库既可用于浮动辊也可用于张力传感器，但不适用于主轴频繁起停且主从轴之间没有缓 冲区间的场合。 5.3.1 功能块 PS_DancerControl 此功能块控制从轴跟随 Dancer 耦合的主轴运动。主轴可以是实际的运动轴，也可以是虚拟 轴。功能块通过 Dancer-PID 调节主轴和从轴之间的齿轮比实现从轴到主轴的耦合。 提示： 此功能块的目的是，依据某一 Dancer 位置，产生一个恒定表面速度（外设速度）相对于主 轴速度的调节量。主轴和从轴之间的张力可以表示为一个位置信号（即 Dancer 位置信号）。 功能块执行的每个周期都会扫描实际张力值，而其它输入信号则仅在 Enable 信号为 True 的第一个周期读取。

张力控制是工业生产中的一项关键技术，特别是在塑料挤出、纺织等需要精确控制材料张力的领域。张力控制的目标是维持一定的张力值，以确保生产过程中的产品质量和运行效率。在实现张力控制的过程中，PID（比例-积分-微分）控制器是一种广泛使用的调节工具，因为它的算法简单且效果明显。B&R作为自动化领域的知名品牌，其产品中的PID调节器可以被应用于张力控制。 张力控制的背景主要涉及塑料挤出生产线、薄膜加工以及纺织机械如织机和卷染机。这些应用中，控制对象通常是变频器或伺服电机，而控制的目标是管材、薄膜或纺织品等软性材料的张力。实现张力控制的手段主要有三种：常规的PID控制、前馈控制以及PID参数线性化。 PID控制的原理在于通过计算设定值与实际值之间的偏差（误差），并使用比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数进行调节。这三个参数的不同组合可以产生不同的控制效果，达到快速且精确地响应控制目标。在实际应用中，调节这些参数非常关键，必须根据具体的控制系统和生产条件细致地调整。 前馈控制是一种预防性控制方式，它预先考虑了系统中可能出现的滞后问题，尤其是在变频器设定到实际速度稳定的过程中存在的延时。通过前馈控制，可以提高系统的动态响应能力，减少或避免因滞后而导致的调节超调。 PID参数线性化是为了处理张力控制中的一个普遍问题：不同速度段下的PID参数可能不通用。通过线性化处理，可以实现PID参数在全速度范围内的平滑过渡，提高控制系统的稳定性与适应性。 实现PID张力控制的方法可以概括为几个步骤：首先是选择合适的采样周期，然后是调节PID参数，接下来是选择合适的滤波参数，并进行PID参数线性化处理。 采样周期的选择是根据调节回路中最快的事件来确定的，必须保证足够的采样次数以便快速捕捉到系统的动态变化，但过长或过短的采样周期都有可能降低系统的调节性能，甚至导致不稳定。 PID参数的调节方法包括： - 比例系数（Kp）的调节：初始值可以从1/Ks开始，逐渐增加直至系统出现振荡趋势后再适当回调。 - 积分系数（Ki）的调节：目的是消除剩余误差，可以通过逐步减半的方法来精细调整直至最佳。 - 微分系数（Kd）的调节：微分器的作用是减少振荡，选择好初始值后同样通过逐步加倍的方法来找到最佳值。 滤波参数的选择是为了抑制测量噪声，初始值通常是基于采样时间的一定比例，然后逐步增加直到出现振荡倾向，最后回调至无振荡状态。 线性化步骤包括： 1. 根据不同的速度设定多组PID参数值； 2. 对每一速度下的PID参数进行调节，以达到最佳的动、静态性能； 3. 在自动升降速过程中，以前一台变频器为基准，按一定的步长平稳地进行调整。 以上内容涵盖了张力控制的基本概念、控制手段、PID控制器原理、PID参数调节方法以及具体实现步骤，为在B&R系统中实现张力控制提供了详尽的理论与实践指导。

针对在卷纸机自动控制系统中为了取得卷纸张力控制和调节信号的目的，采用伺服系统的转矩给定信号，组成高精度的张力自动平稳、转换的恒张力控制系统，通过检测出卷纸半径R，随着R的变化测试调节自动适应的转矩M，可准确的取得正比于卷径的张力控制信号，以实现卷纸机收卷的恒张力控制。

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针对传统有张力或位置传感器的恒张力控制系统存在机械复杂、动态性能差、因配套机械引起的张力波动大等缺点,研制了一种无传感器的恒张力控制系统。建立卷径模型、张力观测模型和张力调节模型,采用数字信号处理器作为核心控制器,通过电流型矢量变频器与收卷电机构成高精度位置闭环控制系统,利用两台电机间的转速差间接实现张力控制。该控制系统具有结构简单、张力控制方便的优点。将新系统运用于无碳复写纸的分切加工工艺,实验结果表明,系统稳定可靠,具有良好的控制效果。

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