一种卷材张力控制器的分段式启停过渡控制方法及系统与流程

本发明涉及卷材张力控制，特别涉及一种卷材张力控制器的分段式启停过渡控制方法及系统。

背景技术：

1、在印刷、涂布、复合、分切、收放卷等卷材加工设备中，卷材张力的稳定控制直接影响产品质量。张力过大易导致卷材拉伸变形甚至断带，张力过小则易引起卷材松弛跑偏、起皱。因此，卷材张力控制器是各类卷材加工设备的核心部件。

2、现有卷材张力控制器通常采用闭环恒张力控制方式，在设备正常运行阶段能够将卷材张力维持在目标值附近。然而，在设备启动和停机的过渡阶段，现有控制方式存在以下缺陷：

3、启动瞬间缺乏平滑过渡，张力冲击明显。现有控制器在启动时往往直接将控制输出从零或某一固定值跳变至运行输出值，导致卷材张力在短时间内急剧上升，产生明显的张力冲击。这种冲击会引起卷材抖动，严重时造成卷材起皱或断带，尤其在加工薄型、低强度卷材时问题更为突出。停机瞬间输出骤降，张力波动剧烈。停机时现有控制器通常直接切断或快速降低控制输出，卷材张力随之骤降，同样会产生张力波动和材料抖动，影响卷材尾部的加工质量，甚至导致收卷末端卷材松脱。启停参数固定，缺乏自适应能力。现有控制器的启动输出值通常为预设固定值，无法根据上一次停机时的实际输出状态进行自适应调整。不同卷材批次、不同工艺条件下，停机时的稳定输出值存在差异，固定的启动输出值导致每次启动一致性差，都可能产生不同程度的张力冲击。缺乏多模式启停过渡配置，适配性不足。不同材质、厚度、弹性的卷材对启停过渡曲线的要求不同：薄脆材料需要缓慢平缓的启停过渡，厚韧材料则可接受较快的过渡速度。现有控制器通常只提供单一的启停控制方式，无法灵活适配多样化的卷材加工需求。

4、因此，亟需一种能够消除启停瞬间张力冲击、实现启停段平稳过渡、并具有多模式自适应配置能力的卷材张力控制方法，以解决现有技术中启停瞬间张力突变、材料抖动起皱、整卷质量受限的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的为提供一种卷材张力控制器的分段式启停过渡控制方法及系统，旨在解决启停瞬间张力突变、材料抖动起皱、整卷质量受限的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种卷材张力控制器的分段式启停过渡控制方法，包括以下步骤：

3、获取启动模式参数、固定输出值、目标张力值、预紧张力阈值、残压张力阈值、逼近曲线类型参数、切入条件和记忆系数，并接收张力传感器采集的实时张力反馈信号以及启停指令信号，根据所述启动模式参数确定预紧控制量；所述预紧控制量为所述固定输出值或记忆输出值，所述记忆输出值由上一次停机时存储的闭环恒张力控制输出值与所述记忆系数计算得到；

4、响应所述启停指令信号中的启动指令，根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力，并在预紧阶段以所述预紧控制量作为控制输出量，使当前卷材张力逐步建立至所述预紧张力阈值；

5、当当前卷材张力达到所述预紧张力阈值时，进入开环过渡阶段，以所述预紧控制量作为控制输出量的初始值，根据所述逼近曲线类型参数以开环方式连续调整所述控制输出量，使当前卷材张力从所述预紧张力阈值向所述目标张力值平滑逼近；

6、当当前卷材张力与所述目标张力值之间的偏差满足所述切入条件时，将所述控制输出量由开环过渡输出切换为闭环恒张力控制输出，并将切换时的开环过渡输出作为闭环控制的初始输出值，在运行阶段维持卷材张力稳定，直至所述启停指令信号中的停机指令有效；

7、响应于所述停机指令，以所述停机指令有效时的闭环恒张力控制输出作为控制输出量的初始值，以开环方式连续调整所述控制输出量，使当前卷材张力从运行阶段的实际张力卸载至所述残压张力阈值；

8、当当前卷材张力降至所述残压张力阈值时，输出与所述残压张力阈值对应的保持控制量，以维持卷材微张力，并将所述停机指令有效时的闭环恒张力控制输出值，作为最终控制输出值存储，以用于下一次启动阶段中所述记忆输出值的计算。

9、进一步地，所述响应于启动指令，根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力，并在预紧阶段以所述预紧控制量作为控制输出量，使当前卷材张力逐步建立至所述预紧张力阈值的步骤，包括：

10、在所述启动指令有效时，确定所述预紧控制量，并将所述预紧控制量作为控制输出量输出；

11、在输出所述预紧控制量的过程中，根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力；

12、当所述当前卷材张力达到所述预紧张力阈值时，结束所述预紧阶段，并进入开环过渡阶段；

13、其中，确定所述预紧控制量包括：若所述启动模式参数为固定输出模式，则读取预设固定输出值作为所述预紧控制量；

14、若所述启动模式参数为记忆输出模式，则读取上一次停机阶段存储的最终控制输出值，并根据所述最终控制输出值与所述记忆系数计算得到所述记忆输出值，将所述记忆输出值作为所述预紧控制量。

15、进一步地，所述开环过渡阶段，包括：

16、根据所述逼近曲线类型参数确定控制输出量的开环变化曲线；

17、将所述预紧控制量作为所述开环过渡阶段中控制输出量的初始值，按照所述开环变化曲线以开环方式连续调整所述控制输出量，使当前卷材张力从所述预紧张力阈值向所述目标张力值平滑逼近；

18、在调整过程中，根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力，并判断当前卷材张力与所述目标张力值之间的偏差是否满足所述切入条件；

19、当满足所述切入条件时，结束所述开环过渡阶段，并进入闭环恒张力控制阶段；

20、其中，所述逼近曲线类型参数包括线性逼近、指数逼近和s形逼近中的至少一种。

21、进一步地，所述当当前卷材张力与所述目标张力值之间的偏差满足所述切入条件时，将所述控制输出量由开环过渡输出切换为闭环恒张力控制输出，并将切换时的开环过渡输出作为闭环控制的初始输出值，在运行阶段维持卷材张力稳定，直至所述启停指令信号中的停机指令有效的步骤，包括：

22、根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力，并计算当前卷材张力与所述目标张力值之间的张力偏差；

23、判断所述张力偏差是否满足所述切入条件，当所述张力偏差满足所述切入条件时，将所述控制输出量的工作形态由开环过渡输出切换为闭环恒张力控制输出；

24、将切换时的开环过渡输出作为闭环恒张力控制的初始输出值，使切换前后控制输出量连续变化，实现开环至闭环的无扰切换；

25、在闭环恒张力控制输出阶段，根据所述实时张力反馈信号调节所述控制输出量，使当前卷材张力维持在所述目标张力值；

26、当所述启停指令信号中的停机指令有效时，将停机指令有效时的闭环恒张力控制输出作为停机阶段的初始控制输出量。

27、进一步地，所述响应于所述停机指令，以停机指令有效时的闭环恒张力控制输出作为控制输出量的初始值，以开环方式连续调整所述控制输出量，使当前卷材张力从运行阶段的实际张力卸载至所述残压张力阈值的步骤，包括：

28、获取停机模式、停机系数和停机时间；

29、将所述停机指令有效时的闭环恒张力控制输出作为控制输出量的初始值；

30、确定所述控制输出量的卸载目标值，所述卸载目标值为所述残压张力阈值对应的控制输出量；

31、在所述停机时间内，按照所述停机模式以开环方式从所述初始值开始向所述卸载目标值连续调整所述控制输出量，所述停机系数用于控制所述控制输出量的卸载速率，使当前卷材张力从运行阶段的实际张力卸载至所述残压张力阈值；

32、其中，所述停机模式包括积分模式、滤波模式和固定电平模式中的至少一种。

33、进一步地，所述当当前卷材张力降至所述残压张力阈值时，输出与所述残压张力阈值对应的保持控制量，以维持卷材微张力，并将所述停机指令有效时的闭环恒张力控制输出值，作为最终控制输出值存储，以用于下一次启动阶段中所述记忆输出值的计算的步骤，包括：

34、当当前卷材张力降至所述残压张力阈值时，根据所述残压张力阈值确定保持控制量；

35、将所述保持控制量作为控制输出量输出，使卷材张力维持在所述残压张力阈值，以维持卷材微张力；

36、将所述停机指令有效时的闭环恒张力控制输出值，作为最终控制输出值存储至记忆单元；

37、在下一次启动阶段，当所述启动模式参数为记忆输出模式时，读取所述记忆单元中存储的所述最终控制输出值，并将所述最终控制输出值与所述记忆系数按预设计算关系计算得到所述记忆输出值。

38、进一步地，在将所述最终控制输出值存储之后、且在下一次启动阶段之前，还包括：

39、判断是否接收到记忆清零信号，当接收到所述记忆清零信号时，将已存储的所述最终控制输出值清零，以使下一次启动阶段不采用清零前的最终控制输出值计算所述记忆输出值；

40、当未接收到所述记忆清零信号时，保留已存储的所述最终控制输出值，以供下一次启动阶段计算所述记忆输出值。

41、进一步地，所述切入条件包括：

42、根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力，并计算当前卷材张力与所述目标张力值之间的偏差绝对值；

43、当所述偏差绝对值在预设切入稳定时长内持续不大于预设切入偏差阈值时，判定满足所述切入条件。

44、进一步地，所述记忆清零信号为脉冲信号，当检测到所述脉冲信号的有效沿时，将已存储的所述最终控制输出值清零。

45、本发明还提供一种卷材张力控制器的分段式启停过渡控制系统，包括：

46、参数获取模块，用于获取启动模式参数、固定输出值、目标张力值、预紧张力阈值、残压张力阈值、逼近曲线类型参数、切入条件和记忆系数，并接收张力传感器采集的实时张力反馈信号以及启停指令信号，根据所述启动模式参数确定预紧控制量；所述预紧控制量为所述固定输出值或记忆输出值，所述记忆输出值由上一次停机时存储的闭环恒张力控制输出值与所述记忆系数计算得到；

47、预紧控制模块，用于响应于启动指令，根据所述实时张力反馈信号确定当前卷材张力，并在预紧阶段以所述预紧控制量作为控制输出量，使当前卷材张力逐步建立至所述预紧张力阈值；

48、开环过渡模块，用于当当前卷材张力达到所述预紧张力阈值时，进入开环过渡阶段，以所述预紧控制量作为控制输出量的初始值，根据所述逼近曲线类型参数以开环方式连续调整所述控制输出量，使当前卷材张力从所述预紧张力阈值向所述目标张力值平滑逼近；

49、闭环控制模块，用于当当前卷材张力与所述目标张力值之间的偏差满足所述切入条件时，将所述控制输出量由开环过渡输出切换为闭环恒张力控制输出，并将切换时的开环过渡输出作为闭环控制的初始输出值，在运行阶段维持卷材张力稳定，直至所述启停指令信号中的停机指令有效；

50、停机卸载模块，用于响应所述启停指令信号中的停机指令，以停机指令有效时的闭环恒张力控制输出作为控制输出量的初始值，以开环方式连续调整所述控制输出量，使当前卷材张力从运行阶段的实际张力卸载至所述残压张力阈值；

51、保持存储模块，用于当当前卷材张力降至所述残压张力阈值时，输出与所述残压张力阈值对应的保持控制量，以维持卷材微张力，并将所述停机指令有效时的闭环恒张力控制输出值，作为最终控制输出值存储，以用于下一次启动阶段中所述记忆输出值的计算。

52、本发明提供的一种卷材张力控制器的分段式启停过渡控制方法及系统，具有以下有益效果：

53、消除启停瞬间张力冲击，本发明在启动和停机过程中采用多阶段连续过渡控制：启动时先建立预紧张力，再按预设逼近曲线开环连续调整控制输出量，使张力平滑逼近目标值，满足切入条件后无扰切换至闭环恒张力控制；停机时不直接切断输出，而是从当前闭环输出值开始开环连续递减，使张力平稳卸载至残压阈值后保持微张力。全程控制输出量无跳变，从根本上消除了启停瞬间的张力突变与波动。启动自适应，一致性好。提供固定输出模式和记忆输出模式双模式，记忆输出模式以上次停机存储的闭环恒张力控制输出值乘以记忆系数作为启动预紧控制量，使启动输出接近上次稳定工作点，减少了固定输出与实际工作点偏差导致的启动冲击，提升了不同批次和工艺条件下的启动一致性。多模式配置，适配性强。停机阶段提供积分、滤波、固定电平三种卸载模式，配合停机系数与停机时间，可根据卷材材质、厚度、弹性灵活选择启停方式和参数，薄脆材料慢启慢停、厚韧材料快启快停，适配多样化加工需求。减少材料损耗，提升整卷质量。启停段张力平稳过渡，直接减少了卷材抖动、起皱、断带等缺陷，降低材料损耗率，提升整卷成品率。记忆清零保证工艺切换安全。提供脉冲触发的记忆清零功能，更换卷材型号或变更工艺后可清除历史记忆值，避免旧工艺参数影响新工艺启动。