收卷张力控制

摘要：一：力矩电机，力矩控制器。力矩电机是一种具有软件机械特性，和宽调速范围的特种电机。并且以恒转矩输出。

二：变频电机，利用矢量型变频器做变频电机的转矩控制，使变频电机处于恒转矩输出。具有速度反馈的控制方式其转矩控制的精度更高。

三：利用压力传感器，或者位置传感器来检测传动负载的张力，作为反馈信号通过PID过程控制的计算，使放卷与收卷保持相对应的速度来达到传动负载恒张力的控制。放卷与收卷均采用变频器转速控制或者变频器PID控制。

以上三种都是收卷张力控制，在实际生产中各有优缺点，现将这三种电气控制的方法进行阐述和比较。

关键词：力矩电机，变频矢量转矩控制，过程PID控制，张力传感器。

正文：在纺织，电线电缆，金属制品加工，造纸，橡胶等行业中通常需要将产品卷绕在卷

筒（铁盘，木盘）上。卷绕的直径从始至末由小变大，为保持传动负载（被卷绕产品）张力均衡（机线速度不变）就要求卷筒的转速越越小，卷绕力越卷越大,。产品绕卷时卷筒的直径逐渐增大（负载转矩增大）。在整个过程中保持被卷产品的张力不变十分重要，若张力过大会将产品（如线材，纸制品）拉细或者断裂亦或者产品厚度，直径等不均匀工艺要求达不到要求。而张力过小则可造成卷绕松弛不能保证产品的收卷。为了使产品在卷绕过程中张力保持不变，必须在产品卷绕到卷盘上的盘径增大时驱动卷盘的电机的输出力矩也要增大，同时保持卷绕的线速度不变，那么电机的转速也要逐步减小。

需要达到上述要求的控制，在实际应用中通常采用力矩电机控制，变频电机转矩控制，以及张力传感器的PID调速控制。现将这三种控制方法在实际应用中的优缺点进行比较，并且分析这三种控制方式在使用过程中的注意点。

第一力矩电机：力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力,当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。力矩电机的堵转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。

在实际应用中力矩电机控制卷绕恒张力存在如下几个问题：无人机自动机场

1由于转子的电阻较大，损耗较高，所以产生较大的热量，特别在低速和堵转是，更为严重。因此力矩电机的能耗较大并且需要强制风冷。为了保证风冷的效果，一般力矩电机的后端盖上开孔，风冷可直接冷却定子以及转子，这样来保证冷却效果。但是会导致力矩电机内部粉尘大，甚至有异物。从而减少电机的使用寿命。

2力矩电机控制器是一种电子调压装置，是力矩电机的控制元件，在恒转矩负载情况下，可以通过改变加在定子绕组上的电压来改变转速；在卷绕控制中，由于负载不断增加，电机输出的转矩也不断增加，因此在定子绕组电压不变的情况下力矩电机的转速与转矩成反比。在要求张力恒定的场合，要求这种反比关系是呈线性的。但是在实际使用中，由于空载减速机的阻力等因素吗，这种反比关系不可能是线性关系，因此单纯的开环电压控制并不能保证力矩电机的输出转矩恒定不变。因此可以选择带转速反馈的力矩控制器。

3对于卷绕盘空盘直径与满盘直径相差比较大的情况下，就要求电机的转速调节范围比较宽。而力矩电机的转速调节只能从最高额定转速做降速运行。因此调速范围相对不宽。

工艺相框

4根据某电机厂家提供的交流三相力矩电机的技术资料情况可以知道常用三相交流力矩电机的功率大约在1.5KW-7.5KW之间最大的输出力矩是40NM。

综述以上分析的几点，用三相交流力矩电机控制收卷张力控制时造价经济，安装方便，但是能耗较大，开环电压控制输出转矩的精度不高，恒张力控制效果不好，转速范围相对低，电机功率选择性小。因三相交流力矩电机控制收卷张力是多用于机械减速比较大，以及张力精度要求不高的场合。

第二变频电机转矩控制：变频电机的转矩控制方式主要依赖于矢量变频器的开环矢量控制（SVC）,和闭环矢量控制（FVC）这两种控制模式，使得三相交流异步电机工作在可控的转矩输出状态下（按照电机的额定转矩的百分比进行的转矩给定）。

在实际使用中，共计使用过五种品牌的矢量型变频器，有汇川MD380系列，台达200系列，三菱E700系列，蓝海华腾V6-H，以及吉泰科，这几种不同品牌的矢量变频器开环矢量控制的转矩输出精度±5%，稳速精度±0.02%。但是在实际使用中各变频器开环矢量控制的精度差异较大，尤其在低转矩给定的情况下，稳速精度较低。（）汇川MD380通用矢量变频器是几种变频器品牌中控制转矩较好的，一般情况下也只用于张力控制精度不高的场

合。

闭环矢量控制（FVC），是矢量型变频器控制电机转矩的最佳方式。其变频器的控制主要依赖于变频器CPU的数学模型矢量计算，然后对电机实行的控制。因此无论是SVC控制,还是FVC控制,第一步需要做的是电机的矢量识别，或者叫做电机参数调谐，电机矢量识别的方式有三种：1静态调谐，2电机空载动态调谐，3电机带载动态调谐，其中电机空载动态调谐的效果最佳，一般选择电机空载动态调谐。当矢量识别后，变频器可以得到相关的电机参数，如异步电机定子，转子电阻，漏感抗等相关的值，作为在转矩控制时的矢量计算参数。

闭环矢量控制（FVC）的反馈是速度反馈，一般情况下选择编码器作为速度反馈原件。编码器最好选择差分增量编码器，并选择相匹配的编码器PG卡。差分增量编码器更能适应工况环境，编码器PG卡的使用在各变频器说明书中都有具体介绍。

闭环矢量控制（FVC）做电机的转矩控制时需要设置的参数也比较简单，而且不同品牌的变频器的设置参数大致相同。以汇川MD380的矢量变频器为例，列出了主要相关的参数设置值。

集束线

序号	功能码	定义	设定值	备注
1	F0-01	电机控制方式	1	FVC控制方式
2	F1-01	电机额定功率	根据电机铭牌设定
3	F1-03	环氧大豆油生产工艺电机额定电流
4	F105	电机额定转速
5	F1-27	编码器线数	根据编码器铭牌设定
6	F1-30	ABZ编码器相序	根据实际方向设定
7	A0-00	速度/转矩方式选择	1	转矩控制方式
8	A0-01	转矩设定源	0	根据具体的控制方式选择
9 滚珠丝杠电动推杆	A0-03	转矩设定值	15%	可根据转矩要求更改