一个完整的张力控制系统由什么组成？

除了手动张力控制之外，还有两种自动控制张力的方法。控制电机的输出扭矩或控制电机的速度。

①开环转矩控制。

A.张力开环控制。变频器只根据输出频率或转矩来控制张力的控制方案就是张力开环控制系统。因为没有张力测量信号，所以称为张力开环控制。采用转矩控制方式，就是变频器控制的是电机的转矩，而不是速度，所以输出频率随被输送物体的速度而变化。

因为输送物料的张力只来自于卷绕轴的扭矩，所以物料的张力可以通过卷绕轴的扭矩来控制，即T=FR。根据张力计算出电机转矩，用来控制变频器的电流环来控制电机输出转矩。这种张力开环控制系统常用于张力控制精度不高的场合。

B.张力开环控制的实现。张力开环控制系统由以下功能模块组成。

一、张力设置。张力的设定值与要输送的材料和压接要求有关。张力锥用于控制张力随缠绕直径的增大而减小，提高缠绕成型的效果。

二。缠绕直径的计算。用于计算和获取卷径信息。当用被输送物料的线速度计算卷绕直径时，线速度被输入到功能模块中；当通过厚度累积计算线圈直径时，使用通过厚度累积计算线圈直径的相关功能模块。

罗马数字3..扭矩补偿。电机输出扭矩的一部分用于在加速和减速过程中克服卷绕(退绕)辊的惯性矩。变频器中的惯性补偿通过设置合适的参数，根据加减速率自动补偿转矩。它使系统在加速和减速过程中获得稳定的张力。摩擦补偿用于克服系统阻力对张力的影响。

C.张力开环控制模式。图6-29是张力开环控制系统的基本结构。这种控制模式也称为线圈直径检测模式。也就是说，当卷绕和展开时，滚筒的外径被自动检测以控制卷绕和展开的扭矩。检测滚筒外径有两种常用方法。

图6-29？张力开环控制

一、利用卷筒上安装的接近开关检测卷筒的转速，根据转速、卷筒的轴径和材料厚度计算卷筒直径的厚度，从而得到卷筒的外径。根据接近开关，每一个脉冲输出都表示卷筒旋转一周，所以卷筒直径是由原来卷筒直径的2倍加上材料厚度计算出来的。

二。使用卷轴上的接近开关和旋转编码器来检测进纸辊的转速，以便进行计算。也就是说，鼓的旋转周期随着鼓直径的增加而增加，而安装在具有固定直径的进给辊上的旋转编码器的脉冲输出不以恒定速度变化。当卷筒旋转一周时，根据进给辊输出的脉冲数计算当前卷筒直径。只要进料辊与物料之间没有滑移，该方法的计算精度优于基于厚度的累积计算。

②闭环速度控制。

A.张力闭环控制。张力作为反馈信号，构成张力闭环控制系统。其速度控制方式是指变频器根据张力反馈信号调整变频器的输出频率。这里，速度控制模式可以工作在三种模式中的任何一种:无速度传感器的矢量控制、有速度传感器的矢量控制和U/f控制。

它通过输送物料的线速度和实际卷绕直径计算出匹配频率设定值f1，通过张力(位置)反馈信号的PID运算产生频率值f2，所以最终输出频率为f= f1+f2。这里，PID控制的输出被用作反馈控制信号，并且通过计算线速度和实际卷绕直径获得的频率信号是前馈控制信号。当卷筒辊的线速度随着卷绕直径的增大与材料的线速度不匹配时，会输出一个校正信号，及时降低变频器的输出频率。

张力闭环控制系统能够将张力稳定在PID控制器的设定值。当张力摆杆、浮动辊等张力(位置)反馈信号作为反馈检测元件时，改变PID控制器的设定不一定会改变实际张力。改变张力需要改变张力机械的配置，如张力摆杆或浮动辊的配重。

无论是采用张力开环控制还是闭环控制，系统在加速和减速时都需要提供额外的力矩来克服整个系统的转动惯量。如果不进行补偿，卷绕加速时张力太小，减速时张力太大，退绕加速时张力太大，减速时张力太小。

张力闭环控制系统常用于对张力控制精度要求高的应用场合。如造纸、纺织等。

B.张力闭环控制的实现。张力闭环控制系统由以下功能模块组成。

一、PID控制器。用于检测张力反馈信号，通过PID运算输出频率信号f2。

二。线速度输入。它有两个功能:

根据线速度计算匹配的频率设定值f 1；

根据线速度计算卷绕直径。

罗马数字3..线圈直径的计算。用于计算实际缠绕直径。变频器根据线速度和实际卷绕直径获得变频器的匹配频率。用线速度计算卷径时，如果计算的卷径与实际卷径有偏差，说明线速度有偏差，可以用卷径计算结果来修正线速度输入。需要注意的是，根据线速度和实际卷绕直径得到的变频器匹配频率并不是变频器的实际输出频率。变频器的实际输出频率是用于根据线速度和工作频率计算绕组直径的工作频率。

四。第二组PID控制器。为了提高张力控制的精度，可以设置两组不同的PID控制器参数。当第一组PID控制器参数不能满足控制精度时，使用第二组PID控制器参数进行控制。例如，当卷绕直径较小时，采用第一套PID控制器参数，随着卷绕直径的增大，采用第二套PID控制器参数，实现全程高精度控制。

图6-30是张力闭环控制系统的基本结构。它通过张力检测器检测张力，并使用反馈控制来保持张力的实际值与设定值一致。因此，提高了控制精度。

图6-30？张力闭环控制

③退绕的基本结构。放卷结构可分为单轴放卷机构、多轴同时放卷机构、正向放卷机构和反向驱动放卷机构。图6-31是它们的机理图。

单轴放卷机构在卷轴上装有制动器。随着卷筒直径的减小，只有减小相应的制动力矩才能获得一定的张力。这种机构还可以在卷筒和制动器之间增加齿轮、滑轮和其他加速和减速机构。

图6-31？展开机构

同时，多轴放卷机构用于同时放卷多个卷轴上的材料。例如层压机和施胶机。为了控制所有放卷设备的张力，需要控制每个制动器的扭矩并保持一致。

正向放卷机构和反向驱动放卷机构是带电机的放卷机构。主动退绕机构用在鼓很重或者使用自动进给装置的情况下，并且希望控制备用鼓的旋转速度与使用中的鼓的退绕速度一致。它们需要主动退绕来修正机械损失，实现惯性补偿。

反向驱动放卷机构用于需要可逆卷绕和放卷材料的场合，以及需要低速反向驱动以防止卷筒停止时材料松弛的场合。

④绕组的基本结构。卷绕结构分为小容量卷绕机构、中等容量卷绕机构、电机直接卷绕机构、压辊直接卷绕机构、多轴同时卷绕机构、多轴选择性卷绕机构等。表6-9显示了卷绕机构的结构和特点。

表6-9？卷绕机构的结构和特点

类型机构的结构特征是什么？

小容量卷绕机构

①离合器和制动器大。热量与其滑动速度和传递扭矩的乘积

相称的

②对于放线制动，缠绕直径越大，扭矩越大，滑动速度越小。

所以产热基本不变。

③对于离合器，缠绕直径越大，扭矩越大，滑动速度越大。因此，

发烧越厉害。由于这个原因，需要更大型号的电机。

④退绕功率=0。0167 fv。其中f是张力，n；v是线速度，

米/分钟

电机直接卷绕机构

(1)用DC电机和伺服电机的转轴直接绕线。

②根据卷筒比(最大直径/最小直径)，电机型号较大。

变化

(3)由于电机输出扭矩小于离合器，因此，为了保证

当需要缠绕扭矩时，通常设置减速器。

④当减速器的速比较大时，减速器效率的降低会导致张紧。

大的波动不利于通过扭矩控制来控制张力。

⑤这种卷绕控制方式适用于相对张力小、速度高的卷绕。

流程？

中等容量收藏

卷绕机构

①应采用具有滑动速度控制功能的张力控制装置来控制卷绕。

电机速度保持卷绕离合器的滑动速度大致相同。

②可以降低离合器的滑转功率。

③随着卷筒比的变化，电机型号变化较大。

压辊直接卷绕机构？

(1)用压辊将卷取卷轴的圆周压在底辊上。

②离合器用于控制下辊上的驱动轴，以获得恒定的张力。

③驱动电机的型号不随卷筒比的变化而变化。

④滑动速度不随卷绕直径变化，所以离合器滑动损失小？

多轴同步卷绕机构

①使用卷绕电机驱动卷绕。

②每个卷筒上应安装离合器。

③适用于分切机(切膜制带)和分切机(多层膜)

分离后卷绕)？

多轴选择性卷绕机构

图6-32显示了多轴选择性卷绕机构。

①可分为两种:离合器和制动器安装在摆臂机构和固定架上。

(2)为了保证相同的圆周速度，预驱动绕组。

⑤其他控制。根据输送物料的不同，当需要驱动多个从动辊时，由于从动辊机械损耗的影响，前端的张力较大。因此，应根据材料的膨胀和收缩来控制每个从动辊。比如采用后罗拉驱动逐渐高于前罗拉的微调传动；用伺服电机驱动从动辊，设定各种传动比，使后电机的驱动相对于前电机逐渐提高。不同传动材料的延伸率不同，一般为0.1% ~ 5%。这种后辊依次提高驱动力的控制称为拉伸控制。

图6-32？多轴选择性卷绕机构

当要求材料的实际张力小于卷筒加减速引起的张力和卷筒与从动辊机械损失引起的张力时，应采用弹性调节辊机构进行控制。它根据弹性辊的恒定位置控制每个电机的速度。材料的张力是弹性调节辊质量的一半。

⑥张力控制器的执行机构。

A.磁粉离合器和制动器。张力控制器常用的执行机构是磁粉离合器和制动器。磁粉离合器和制动器的工作原理与磁粉测功机相似。在驱动体和被驱动体之间填充磁粉，激励线圈通电后磁粉被磁化，驱动体的扭矩传递给被驱动体作为离合器使用。如果被驱动体是固定的，那么传动体的扭矩就被消耗掉了，可以作为刹车使用。磁粉离合器和制动器具有以下特点。

一、励磁电流与传递的转矩大致成正比，如图6-33所示。

二。传动扭矩可控制在额定扭矩的3% ~ 100%范围内。怠速时的扭矩低于1%。

罗马数字3..小型磁粉离合器和制动器可以传递非常大的扭矩。

四。与电机电枢控制方式相比，磁粉离合器和制动器的励磁电流小，可以使装置小型化，降低成本。在规定的滑动功率下运行，磁粉的使用寿命约为5000 ~ 8000 h，可连续滑动。

v磁粉离合器和制动器的额定扭矩可在0.5 ~ 4000n·m范围内选择。

不及物动词按其结构可分为外伸轴式和空心轴式两种。按其冷却方式可分为风扇冷却式、强制风冷式、水冷式和散热块式。

罗马数字7..它的传递扭矩不随输出速度和滑行速度而变化，而是可以保持不变。

图6-33？磁粉离合器和制动器特性

图6-34？滞后离合器和制动器特性

B.滞后离合器和制动器。对于小型应用，也可以选择磁滞离合器和制动器，它们的特性如下。

一、励磁电流与传递的转矩大致成正比，如图6-34所示。

二。额定扭矩范围较小，从0.003到10N·m..

罗马数字3..其结构类似于磁粉离合器和制动器。但是没有需要更换的零件。

四。磁滞离合器由内外一体的第一转子组成，与圆柱形的第二转子(未磁化的永磁体)产生扭矩传递。当第一转子和励磁线圈固定在一起时，形成磁滞制动器。

v它的传动扭矩不随输出速度和滑行速度而变化，可以基本保持不变。

不及物动词它能在规定的滑转功率下连续运行，无机械磨损。

罗马数字7..与电机相比，控制功率小，控制装置可以小型化。

⑦伺服电机、矢量变频器/电机。伺服电机和矢量变频器/电机的选择和设置注意事项如下。

A.将伺服电机和矢量逆变器/电机设置为转矩控制模式，以便输出转矩与输入信号成比例。当输入信号与卷绕直径成比例时，可以获得恒定的张力控制。

b .电动机的额定输出功率与额定转速和连续运行的输出功率有关。在卷绕和退绕过程中，扭矩会随着卷绕直径的增大而增大。在最大卷绕直径时，输出转矩也应该最大。因此，当绕组直径比变大时，需要大容量电机。但如果输出功率不变，有时就需要降低电机容量。

c .在张力控制中，应根据连续运行时的扭矩选择电机的扭矩。不应短时间内按最大扭矩选择。

D.与交流伺服电机相比，矢量变频器/电机的转矩控制范围较小，不适合大转矩比(卷绕直径比*最大张力/最小张力)的应用。

E.对于高速应用，不应选择交流伺服电机。与磁粉离合器和制动器相比，交流伺服电机的输出转矩很小。当它用于驱动卷轴时，需要减速器。压下率不能太大，否则张力控制不能正确进行。

图6-35显示了交流伺服电机和矢量逆变器/电机的输出转矩和速度之间的关系。

上述电机与磁滞离合器和制动器相同，无机械磨损，可免维护。

带有电机的放卷机构可用于制动和驱动，因此可简化结构。但在变速比较大的减速机上很难使用，只适合低扭矩放卷。可配合磁粉离合器和定滑控制进行大扭矩卷绕。

图6-35？不同电机输出转矩与转速的关系

图6-36？力矩马达的输出力矩特性

F.力矩电机是专门设计的交流箱式电机，具有输出力矩随力矩增大而减小的下垂特性，如图6-36所示。对于卷绕直径相对较小的应用，可以实现恒速卷绕操作。也可以使用滑动式简单电压调谐器实现绕线。