一種柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于物料輸送質(zhì)量監(jiān)控相關(guān)領(lǐng)域，并公開了一種柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)，其包括張力測量輥、糾偏框架、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)和糾偏控制器，其中張力測量輥由水平聯(lián)接成一體的總張力檢測單元和張力分布檢測單元共同組成，并同時測量獲得柔性膜輸送過程中的總張力和張力分布信號；糾偏控制器基于張力分布信號來計算輸出相應(yīng)的控制電壓，并控制驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，由此帶動傳動機(jī)構(gòu)同步旋轉(zhuǎn)；糾偏框架將傳動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為張力測量輥的糾偏動作，由此完成整體的糾偏過程。通過本發(fā)明，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)總張力和張力分布的同步高精度測量，并可基于張力分布信號來執(zhí)行實(shí)現(xiàn)糾偏控制，相應(yīng)可顯著提高最終糾偏控制的質(zhì)量和精度。
【專利說明】
-種柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于物料輸送質(zhì)量監(jiān)控相關(guān)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種柔性膜張力糾偏控 制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性膜卷繞輸送系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于造紙、印刷、食品加工、柔性電子封裝等工業(yè)領(lǐng) 域，主要包括放卷模塊、張力檢測模塊、進(jìn)給模塊、收卷模塊組成，其中張力檢測與糾偏控制 是柔性膜卷繞輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，張力檢測與控制的效果直接影響著產(chǎn)品加工的質(zhì) 量。例如，張力過大會導(dǎo)致薄膜變形甚至斷裂，張力過小則會導(dǎo)致薄膜皺權(quán)、橫向漂移等，均 會降低產(chǎn)品質(zhì)量;上述柔性電子薄膜的制備過程中的張力檢測及糾偏問題在目前的工業(yè)生 產(chǎn)中有一些研究，但始終并未獲得很好的解決。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中所提出的一些柔性膜張力檢測方案中，大多是針對柔性膜平均張力的 檢測。例如，CN 201320664096.2中公開了一種懸臂式低張力傳感器，該傳感器只能完成柔 性膜平均張力的檢測，而無法完成對柔性膜截面的張力分布的檢測;又如，CN204057082U中 公開了一種自動檢測皮帶跑偏及予W調(diào)整的糾偏器，但糾偏器不能實(shí)時獲取張力值并緊密 結(jié)合此張力值來相應(yīng)執(zhí)行糾偏，因此同樣存在糾偏控制精度不足、生產(chǎn)效率不高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種柔性膜張力糾偏控制系 統(tǒng)，其中通過對其關(guān)鍵組件如張力檢測漉、糾偏框架的結(jié)構(gòu)組成及設(shè)置方式進(jìn)行重新設(shè)計， 同時對后續(xù)糾偏控制算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，相應(yīng)不僅可同時實(shí)現(xiàn)對柔性膜卷繞輸送過程中總 張力和張力分布的同步高精度檢測，而且還可基于檢測結(jié)果來實(shí)時針對性地執(zhí)行糾偏處 理，與現(xiàn)有技術(shù)相比可顯著提高最終糾偏控制的質(zhì)量及精度，并具備結(jié)構(gòu)集成度高、信號采 集準(zhǔn)確、便于操控、適應(yīng)性和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而尤其適用于各類卷到卷的柔性膜料卷張 力檢測及糾偏控制應(yīng)用場合。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 張力測量漉、糾偏框架、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)和糾偏控制器，其特征在于：
[0006] 所述張力測量漉由水平聯(lián)接成一體的總張力檢測單元和張力分布檢測單元共同 組成，其中該總張力檢測單元呈底座的形式，并具有應(yīng)變式傳感器用于對柔性膜輸送過程 中的總張力執(zhí)行檢測；該張力分布檢測單元由模塊化的多個漉單元首尾連接而成，并可根 據(jù)柔性膜的工作段長度來進(jìn)行數(shù)量調(diào)整;此外，各個漉單元的漉筒表面設(shè)置有一層柔性傳 感器，該柔性傳感器具有同時沿著所述漉筒的軸向和周向分布的網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列， 也即形成了呈行列排布的多個測量點(diǎn)，由此用于對柔性膜輸送過程中的張力分布狀況執(zhí)行 檢測；
[0007] 所述糾偏控制器用于接收來自所述張力測量漉的張力分布狀況檢測值，并對其進(jìn) 行計算處理后輸出相應(yīng)的控制電壓;所述驅(qū)動電機(jī)則基于該控制電壓來轉(zhuǎn)動相應(yīng)的轉(zhuǎn)角， 并帶動與其輸出軸相連的所述傳動機(jī)構(gòu)同步旋轉(zhuǎn)；
[0008] 所述糾偏框架聯(lián)接在所述張力測量漉與所述傳動機(jī)構(gòu)之間，并用于將該傳動機(jī)構(gòu) 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為該張力測量漉的糾偏動作，由此完成整體的糾偏過程。
[0009] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，對于所述總張力檢測單元而言，其優(yōu)選基于下列公式(一）來 計算輸出柔性膜輸送過程中的總張力信號Fo,其中K表示預(yù)設(shè)的總張力比例系數(shù)，Uo表示由 所述應(yīng)變式傳感器采集且經(jīng)過放大的電壓值：
[0010] Fo = KUo (一）
[0011] 而對于所述張力分布檢測單元（12)而言，其優(yōu)選基于W下的公式(二)來計算輸出 柔性膜輸送過程中的張力分布信號：
[0012] Fi = KiUi (二）
[0013] 其中，i = l，2, ...，n且表示所述柔性傳感器的網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列沿著所述漉 筒周向的編號也即列編號，F(xiàn)袖應(yīng)表示各列測量點(diǎn)所對應(yīng)的張力值;Κι分別表示為各列測量 點(diǎn)所預(yù)設(shè)的張力分布比例系數(shù)，化則表示由各列測量點(diǎn)采集且經(jīng)過放大的電壓值。
[0014] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述柔性傳感器優(yōu)選由兩片聚醋薄膜共同組成，其中一片聚 醋薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)有多個按照行分布的帶狀導(dǎo)體也即橫向?qū)w組，另外一片聚醋薄膜的 內(nèi)表面鋪設(shè)有多個按照列分布的帶狀導(dǎo)體也即縱向?qū)w組，運(yùn)兩片聚醋薄膜的外表面則分 別涂布有壓敏半導(dǎo)體材料涂層；W此方式，當(dāng)運(yùn)兩片聚醋薄膜疊合成一體時，所述橫向?qū)w 組和縱向?qū)w組彼此交叉的點(diǎn)相應(yīng)形成所述網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列。
[0015] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述糾偏控制器優(yōu)選基于W下過程來計算處理后輸出相應(yīng)的 控制電壓：
[0016] (a)根據(jù)所述張力分布檢測單元所實(shí)時輸出的張力分布信號Fi，F(xiàn)2，F(xiàn)3. . .Fi, . .Fn， 采用W下公式(Ξ)求出張力分布的不均勻度V。：
[0017]
[0018] (b)將步驟(a)所求出的不均勻度V。與預(yù)設(shè)的閥值Vnmax進(jìn)行比較，其中當(dāng)V。小于 VcMax時，繼續(xù)采用W下公式（四）來求出糾偏轉(zhuǎn)角Θ :
[0019]
[0020] 其中，imax表示在所測張力值非零的所有測量列中，列號最大的一列的列編號。d表 示所述柔性傳感器的軸向分布密度，W測量點(diǎn)之間的距離來表示；imaxd則表示柔性膜邊沿 實(shí)際所在的位置，X0表示纏繞在所述張力測量軸上的柔性膜自身的基準(zhǔn)邊沿位置，imaxd-XO 則表示糾偏量ΔΕ;Η表示所述張力測量漉與其導(dǎo)向漉之間的距離；
[0021] 而當(dāng)V。大于或等于V?ax時，則將糾偏轉(zhuǎn)角Θ直接設(shè)定等于與所述張力測量軸自身的 最大轉(zhuǎn)角emax;
[0022] (C)所述糾偏控制器根據(jù)步驟(b)所求出的糾偏轉(zhuǎn)角Θ來輸出相應(yīng)的控制電壓，進(jìn) 而所述驅(qū)動電機(jī)則基于該控制電壓來轉(zhuǎn)動相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，并帶動與其輸出軸相連的所述傳動 機(jī)構(gòu)同步旋轉(zhuǎn)。
[0023] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備W下的 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1、本發(fā)明中通過將檢測漉設(shè)計為包括水平互聯(lián)成一體的總張力檢測組件和張力 分布檢測組件，并對它們各自的具體結(jié)構(gòu)組成及其相互聯(lián)接方式進(jìn)行改進(jìn)，相應(yīng)能夠在實(shí) 現(xiàn)柔性膜總張力測量的同時，還能夠針對柔性膜張力分布狀況執(zhí)行高精度測量，而且張力 分布檢測組件的模塊化設(shè)計使得本發(fā)明能夠適應(yīng)于不同尺寸及位置的柔性膜，并具備便于 裝配和靈活調(diào)整、整體集成度高等優(yōu)點(diǎn)；
[0025] 2、本發(fā)明中還針對柔性傳感器的結(jié)構(gòu)組成方式進(jìn)行了研究，相應(yīng)能夠高精度執(zhí)行 各種不同的張力分布檢測需求，相應(yīng)與現(xiàn)有設(shè)備相比能夠更為全面地完成沿著柔性膜截面 方向的張力分布檢測，進(jìn)而在輸送過程中更為準(zhǔn)確地執(zhí)行相應(yīng)控制并達(dá)到顯著提高產(chǎn)品生 產(chǎn)質(zhì)量的效果；
[0026] 3、本發(fā)明中通過基于張力分布信號來執(zhí)行糾偏控制，同時對其算法作出了進(jìn)一步 的研究和設(shè)計，測試表明與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠可顯著提高最終糾偏控制的質(zhì)量及精度，并 具備結(jié)構(gòu)集成度高、信號采集準(zhǔn)確、便于操控、適應(yīng)性和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而尤其適用于 各類卷到卷的柔性膜料卷張力檢測及糾偏控制應(yīng)用場合。
[0027] 在本文所有使用到的符號中：
[0028] Fo-總張力信號K-總張力比例系數(shù)化-應(yīng)變式傳感器采集且經(jīng)過放大的電壓值i-柔 性傳感器的壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列列編號Fi-第i列測量點(diǎn)所對應(yīng)的張力值Κι-第i列測量點(diǎn)預(yù)設(shè)的 張力分布比例系數(shù)化-第i列測量點(diǎn)采集且經(jīng)過放大的電壓值V。-分布張力不均勻度V?ax-預(yù) 設(shè)的不均勻度閥值Θ-根據(jù)分布張力計算得出的糾偏轉(zhuǎn)角0max-張力測量漉最大糾偏轉(zhuǎn)角 imax-所測張力值非零的最大列標(biāo)d-柔性傳感器的軸向間距X0-基板邊沿需要到達(dá)的位置Δ E-基板在張力漉上的軸向糾偏量H-張力測量漉與其導(dǎo)向漉之間的距離V廣基板進(jìn)入張力軸 速度V2-基板離開張力軸的速度V3-基板在張力漉上的偏移速度kl，k2，k3，k4和Τι，T2，T4分別 為傳遞函數(shù)放大系數(shù)和時間常數(shù)
【附圖說明】
[0029] 圖1是按照本發(fā)明所構(gòu)建的柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)的整體構(gòu)造示意圖；
[0030] 圖2a是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的張力測量漉的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖化是按照本發(fā)明所述張力測量漉的單個漉單元；
[0032] 圖3a是更為具體地顯示圖2中所示的總張力檢測單元的結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0033] 圖3b是更為具體地顯示圖2中所示的張力分布檢測單元的結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0034] 圖4是柔性傳感器執(zhí)行張力分布檢測時的原理示意圖；
[0035] 圖5是用于示范性顯示張力測量漉執(zhí)行糾偏操作時的過程說明圖；
[0036] 圖6是整個糾偏控制過程的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用w解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0038] 圖1是按照本發(fā)明所構(gòu)建的柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)的整體構(gòu)造示意圖。如圖1所 示，該柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)主要包括張力測量漉1、糾偏框架2、傳動機(jī)構(gòu)3、驅(qū)動電機(jī)4 和糾偏控制器5等組件，下面將對其逐一進(jìn)行具體說明。
[0039] 可同時參照圖2,所述張力測量漉由水平聯(lián)接成一體的總張力檢測單元1A和張力 分布檢測單元2B共同組成，并對它們各自的具體結(jié)構(gòu)組成及其設(shè)置方式分別進(jìn)行了針對性 設(shè)計，相應(yīng)期望達(dá)到不僅可實(shí)現(xiàn)對柔性膜卷繞輸送過程中總張力的測量，還能夠?qū)ρ刂?性膜截面方向的張力分布狀況執(zhí)行同步高精度測量的效果。
[0040] 更具體而言，如圖3a所示，該總張力檢測單元譬如呈底座的形式，并包括法蘭10、 套筒13和底座忍軸11等組成單元。其中，法蘭10譬如可由兩個半圓環(huán)組合而成，彼此通過螺 釘連接，并通過螺釘?shù)膹埦o力將套筒13鎖緊固定于法蘭10的內(nèi)圈。法蘭10的內(nèi)圈還設(shè)置有 環(huán)形臺階，套筒13的外圈相應(yīng)設(shè)置環(huán)形槽，由此通過該環(huán)形槽與環(huán)形臺階之間的配合，使得 套筒水平固定于法蘭10,由此實(shí)現(xiàn)軸向定位。底座忍軸11同樣呈水平布置，并同軸安裝于套 筒13的內(nèi)部，譬如其左端可通過螺釘與套筒13的左側(cè)內(nèi)壁相連，其右端經(jīng)由鎖緊套14與張 力分布檢測組件2水平聯(lián)接。此外，為了執(zhí)行柔性膜輸送過程中總張力的檢測，所述底座忍 軸11的中段外圈沿著周向方向設(shè)置有應(yīng)變式傳感器110,用于執(zhí)行總張力的實(shí)時檢測。
[0041] 考慮到包角一定時，柔性膜對張力測量棍的壓力與傳感器的電壓值呈線性關(guān)系， 因此應(yīng)變式傳感器所測的總張力信號Fo可基于W下公式來計算：
[0042] Fo = KUo
[0043] 其中，K表示預(yù)設(shè)的總張力比例系數(shù)，Uo表示由所述應(yīng)變式傳感器采集且經(jīng)過放大 的電壓值。
[0044] 同樣如圖3b所示，該張力分布檢測單元由模塊化的多個漉單元首尾連接而成，可 根據(jù)柔性膜的工作段長度來進(jìn)行數(shù)量調(diào)整，并且相鄰的漉單元之間優(yōu)選可通過磁性方式彼 此相連，W適應(yīng)不同寬度及位置柔性膜的張力檢測需求。此外，在最尾端的漉單元的右端， 還可W設(shè)置有端蓋22，用于完成組裝后的張力分布檢測組件的密封保護(hù)。具體如圖中所示， 組成張力分布檢測組件的單個漉單元可包括包括漉筒201和同軸設(shè)置于該漉筒內(nèi)部的漉忍 軸200,其中該漉筒201與該漉忍軸200的左右兩端均通過軸承202實(shí)現(xiàn)連接安裝，譬如軸承 202的外圈與漉筒201相連，軸承202內(nèi)圈與漉忍軸210相連，由此使得所述漉筒可繞其軸線 發(fā)生旋轉(zhuǎn);而對于所述漉筒201而言，它進(jìn)一步包括內(nèi)筒、傳感器基座和多個柔性傳感器，其 中該內(nèi)筒內(nèi)圈的左右兩端與所述軸承202的外圈連接，該內(nèi)筒的外圈與所述傳感器基座的 內(nèi)圈連接，該傳感器基座的外圈表面設(shè)置有用于安裝柔性傳感器的多個槽，各個柔性傳感 器則同時沿著所述漉筒的軸向和周向分布，并具有網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列，也即形成了呈 行列排布的多個測量點(diǎn)，由此用于對柔性膜輸送過程中的張力分布狀況執(zhí)行檢測。此外，各 個漉單元的端部還設(shè)置有信號采集模塊203,由此執(zhí)行各個漉單元所對應(yīng)區(qū)域的張力及其 分布檢測結(jié)果的信號采集及發(fā)射，同時執(zhí)行軸承202的密封。
[0045] 按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述柔性傳感器可設(shè)計為由兩片聚醋薄膜共同組 成，其中一片聚醋薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)有多個按照行分布的帶狀導(dǎo)體也即橫向?qū)w組，另外 一片聚醋薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)有多個按照列分布的帶狀導(dǎo)體也即縱向?qū)w組，運(yùn)兩片聚醋薄 膜的外表面則分別涂布有壓敏半導(dǎo)體材料涂層，運(yùn)些帶狀導(dǎo)體自身的寬度W及行間距等可 W根據(jù)不同的測量需要來進(jìn)行調(diào)整；W此方式，當(dāng)運(yùn)兩片聚醋薄膜疊合成一體時，所述橫向 導(dǎo)體組和縱向?qū)w組彼此交叉的點(diǎn)相應(yīng)形成所述網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列;并且當(dāng)外力作用 到測量點(diǎn)上時，半導(dǎo)體的阻值會隨外力的變化而成比例變化，由此來反映測量點(diǎn)的壓力值。
[0046] 圖4是柔性傳感器執(zhí)行張力分布檢測時的原理示意圖。如圖4中所示，可W在漉內(nèi) 設(shè)置柔性膜信號采集電路，柔性膜信號采集電路譬如包括放大電路和控制電路，柔性膜纏 繞在測量漉上后，每一列上的測量點(diǎn)形成了一圈測量點(diǎn)，按列編號表示每周測量點(diǎn)。每個周 向分布的一列測量點(diǎn)也即按列編號的測量點(diǎn)可W反映出該列位置上經(jīng)過放大的壓力值，每 一列電壓信號化是該列上所有測量點(diǎn)之間放大后的電壓之和，包角大小不同，電壓值也不 同，因此對于不同包角，系數(shù)Κι的值不同，而當(dāng)包角一定時，旋轉(zhuǎn)時受壓測量點(diǎn)的個數(shù)不變， 列電壓化不變。相應(yīng)地，在所述控制電路作用下，可W通過控制列選擇開關(guān)，由此進(jìn)行循環(huán) 逐圈掃描。將采樣電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得到每一圈上的放大后的電壓值。
[0047] 同樣根據(jù)壓力與電壓成線性關(guān)系，相應(yīng)推導(dǎo)得出可基于W下的公式來計算輸出柔 性膜輸送過程中的張力分布信號Fi,F2,的...Fi, . .Fn:
[004引 Fi = KiUi
[0049] 其中，i = l，2,. . .，n且表示所述柔性傳感器的網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列沿著所述漉 筒周向的編號也即列編號，F(xiàn)袖應(yīng)表示各列測量點(diǎn)所對應(yīng)的張力值;Κι分別表示為各列測量 點(diǎn)所預(yù)設(shè)的張力分布比例系數(shù)，化則表示由各列測量點(diǎn)采集且經(jīng)過放大的電壓值。相應(yīng)地， 假設(shè)第i列張力值大于0,而第i+1列張力值等于0,則說明基板邊沿位于第i列傳感器上，由 此可W進(jìn)行基板位置的計算。
[0050] 再次返回圖1，糾偏控制器5用于接收來自上述張力測量漉的張力分布狀況檢測 值，并對其進(jìn)行計算處理后輸出相應(yīng)的控制電壓;驅(qū)動電機(jī)4則基于該控制電壓來轉(zhuǎn)動相應(yīng) 的轉(zhuǎn)角，并帶動與其輸出軸相連的傳動機(jī)構(gòu)3同步旋轉(zhuǎn);糾偏框架2則聯(lián)接在張力測量漉1與 傳動機(jī)構(gòu)3之間，并用于將該傳動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為張力測量漉的糾偏動作，由此完成 整體的糾偏過程。
[0051] 具體如圖5中所示，示范性顯示了張力測量漉執(zhí)行糾偏操作時的過程。如圖所示， 兩個惰漉和張力軸沿基板進(jìn)給方向展開到同一個平面上，運(yùn)樣當(dāng)張力軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，基板 進(jìn)入張力軸速度離開張力軸速度分別為Vl，V2,大小相等，方向如圖所示，則基板在張力漉上 的偏移速為V3:
[0化2] V3 = 2Visin0 ? 2Υ1Θ
[0053]并且薄膜最后運(yùn)動到虛線所示的位置，可W實(shí)現(xiàn)的糾偏量為δε:
[0化4] AE = Hsin0*H0
[0055]當(dāng)系統(tǒng)輸入為電壓值U(t)時，輸出為薄膜位移X(t)，經(jīng)拉氏變換后，X(s)=U(s)G (S)。因此，可W將糾偏環(huán)節(jié)看做積分環(huán)節(jié)G3(S)，直流電機(jī)和傳動系統(tǒng)可近似看做慣性環(huán)節(jié) Gi(s)、G2(s);而反饋環(huán)節(jié)為壓力值計算得到的偏移量，由于存在采集和計算時間，可W看做 是時滯環(huán)節(jié)G4(S):
[0化6]
[0057] 其中，山，1?，1?也和1'1，了2，了4分別為放大系數(shù)和時間常數(shù)。
[0058]相應(yīng)地，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)優(yōu)選可被設(shè)計為：
[0化9]
[0060] 下面將參照圖6來解釋說明整個糾偏控制過程的工藝流程。
[0061] 步驟一:首先，基于如上所述的張力檢測漉及其計算公式來分別獲得柔性膜傳輸 過程中的總張力和張力分布信號;運(yùn)些信號被實(shí)時傳遞至糾偏控制器予W計算和處理。
[0062] 步驟二:計算得出張力分布的不均勻度，并根據(jù)該不均勻度來進(jìn)一步計算得出柔 性膜在張力測量漉上的實(shí)際偏移量，相應(yīng)計算得出糾偏轉(zhuǎn)角。在此步驟中，按照本發(fā)明的一 個優(yōu)選實(shí)施例，所述張力分布的不均勻度V。優(yōu)選可采用W下公式來計算：
[0063]
[0064] 此外，所求出的不均勻度V。被用來與預(yù)設(shè)的不均勻度最大值也即閥值V?ax進(jìn)行比 較，其中當(dāng)V。小于VcMax時，繼續(xù)采用W下公式來求出糾偏轉(zhuǎn)角Θ:
[00 化]
[0066] 其中，imax表示在所測張力值非零的所有測量列中，列號最大的一列的列編號;d表 示所述柔性傳感器的軸向分布密度，W測量點(diǎn)間的距離來表示；imaxd則表示柔性膜邊沿實(shí) 際所在的位置，X0表示纏繞在所述張力測量軸上的柔性膜自身的基準(zhǔn)邊沿位置，imaxd-X(#J 表示糾偏量AE;H表示所述張力測量漉與其導(dǎo)向漉之間的距離；
[0067] 而當(dāng)V。大于或等于V?ax時，則將糾偏轉(zhuǎn)角Θ直接設(shè)定等于與所述張力測量軸自身的 最大轉(zhuǎn)角Qmax。
[006引步驟利用W上步驟所求出的糾偏轉(zhuǎn)角，由糾偏控制器輸出相應(yīng)的控制電壓，并 基于該控制電壓來控制驅(qū)動電機(jī)4來轉(zhuǎn)動相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，并帶動與傳動機(jī)構(gòu)3同步旋轉(zhuǎn)；糾偏 框架2相應(yīng)將傳動機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為張力測量漉1的糾偏動作，由此完成整體的糾偏過 程。在此步驟中，優(yōu)選可根據(jù)編碼器的反饋進(jìn)行位置閉環(huán)控制，W便進(jìn)一步提高控制精度； 對電機(jī)運(yùn)動進(jìn)行閉環(huán)控制時，還可測得的值作為位置閉環(huán)，W編碼器作的反饋?zhàn)鳛樗?度環(huán)進(jìn)行雙環(huán)控制；并且在位置閉環(huán)控制過程中，優(yōu)選還可W采用前饋模糊PID算法來實(shí) 現(xiàn)，所述速度閉環(huán)控制過程優(yōu)選采用比例積分算法來實(shí)現(xiàn)。
[0069] 步驟四：待柔性膜在張力測量漉上橫向糾偏到設(shè)定位置后，將驅(qū)動電機(jī)返回至零 位，繼續(xù)返回至步驟一循環(huán)操作。
[0070] 綜上，按照本發(fā)明的柔性膜張力檢測漉整體結(jié)構(gòu)高度集成，能夠同時實(shí)現(xiàn)對柔性 膜卷繞輸送過程中總張力和張力分布的同步高精度測量，并且通過對其糾偏控制過程的算 法和具體處理過程作出進(jìn)一步的研究和設(shè)計，相應(yīng)與與現(xiàn)有技術(shù)相比可顯著提高最終糾偏 控制的質(zhì)量及精度，并具備結(jié)構(gòu)集成度高、信號采集準(zhǔn)確、便于操控、適應(yīng)性和可靠性強(qiáng)等 特點(diǎn)。例如，若每個傳感點(diǎn)面積被設(shè)定為1.613mm2，行列距被設(shè)定為ο. 5mm，在此情況下上述 糾偏控制系統(tǒng)對于柔性膜的糾偏精度可W達(dá)到〇.5mmW上。
[0071]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括張力測量漉（1)、糾偏框架(2)、傳動機(jī)構(gòu) (3)、驅(qū)動電機(jī)(4)和糾偏控制器(5)，其特征在于： 所述張力測量漉（1)由水平聯(lián)接成一體的總張力檢測單元（1A)和張力分布檢測單元 (1B)共同組成，其中該總張力檢測單元（11)呈底座的形式，并具有應(yīng)變式傳感器用于對柔 性膜輸送過程中的總張力執(zhí)行檢測；該張力分布檢測單元（1B)由模塊化的多個漉單元 (120)首尾連接而成，并可根據(jù)柔性膜的工作段長度來進(jìn)行數(shù)量調(diào)整;此外，各個漉單元的 漉筒表面設(shè)置有一層柔性傳感器，該柔性傳感器具有同時沿著所述漉筒的軸向和周向分布 的網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列，也即形成了呈行和列排布的多個測量點(diǎn)，由此用于對柔性膜輸 送過程中的張力分布狀況執(zhí)行檢測； 所述糾偏控制器(5)用于接收來自所述張力測量漉的張力分布狀況檢測值，并對其進(jìn) 行計算處理后輸出相應(yīng)的控制電壓;所述驅(qū)動電機(jī)(4)則基于該控制電壓來轉(zhuǎn)動相應(yīng)的轉(zhuǎn) 角，并帶動與其輸出軸相連的所述傳動機(jī)構(gòu)(3)同步旋轉(zhuǎn)； 所述糾偏框架(2)聯(lián)接在所述張力測量漉（1)與所述傳動機(jī)構(gòu)（3)之間，并用于將該傳 動機(jī)構(gòu)(3)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為該張力測量漉(1)的糾偏動作，由此完成整體的糾偏過程。2. 如權(quán)利要求1所述的柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)，其特征在于，對于所述總張力檢測單 元（1B)而言，其優(yōu)選基于下列公式(一)來計算輸出柔性膜輸送過程中的總張力信號Fo,其 中K表示預(yù)設(shè)的總張力比例系數(shù)，Uo表示由所述應(yīng)變式傳感器采集且經(jīng)過放大的電壓值： Fo = KUo (一） 而對于所述張力分布檢測單元（12)而言，其優(yōu)選基于W下的公式(二)來計算輸出柔性 膜輸送過程中的張力分布信號： Fi = KiUi (二） 其中，i = l，2, ...，n且表示所述柔性傳感器的網(wǎng)格式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列沿著所述漉筒周 向的編號也即列編號，F(xiàn)袖應(yīng)表示各列測量點(diǎn)所對應(yīng)的張力值;Κι分別表示為各列測量點(diǎn)所 預(yù)設(shè)的張力分布比例系數(shù)，化則表示由各列測量點(diǎn)采集且經(jīng)過放大的電壓值。3. 如權(quán)利要求1或2所述的柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性傳感器優(yōu) 選由兩片聚醋薄膜共同組成，其中一片聚醋薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)有多個按照行分布的帶狀導(dǎo) 體也即橫向?qū)w組，另外一片聚醋薄膜的內(nèi)表面鋪設(shè)有多個按照列分布的帶狀導(dǎo)體也即縱 向?qū)w組，運(yùn)兩片聚醋薄膜的外表面則分別涂布有壓敏半導(dǎo)體材料涂層；W此方式，當(dāng)運(yùn)兩 片聚醋薄膜疊合成一體時，所述橫向?qū)w組和縱向?qū)w組彼此交叉的點(diǎn)相應(yīng)形成所述網(wǎng)格 式壓力感應(yīng)點(diǎn)陣列。4. 如權(quán)利要求2或3所述的柔性膜張力糾偏控制系統(tǒng)，其特征在于，所述糾偏控制器(5) 優(yōu)選基于W下過程來計算處理后輸出相應(yīng)的控制電壓： (a)根據(jù)所述張力分布檢測單元（12)所實(shí)時輸出的張力分布信號Fi，F(xiàn)2，F(xiàn)3. . .Fi，. .Fn， 采用W下公式(Ξ)求出張力分布的不均勻度V。：(b)將步驟(a)所求出的不均勻度V。與預(yù)設(shè)的閥值V?ax進(jìn)行比較，其中當(dāng)V。小于V?ax時， 繼續(xù)采用W下公式（四）來求出糾偏轉(zhuǎn)角9:其中，imax表示在所測張力值非零的所有測量列中，列號最大的一列的列編號;d表示所 述柔性傳感器的軸向分布密度，W測量點(diǎn)之間的距離來表示；imaxd則表示柔性膜邊沿實(shí)際 所在的位置，X0表示纏繞在所述張力測量軸上的柔性膜自身的基準(zhǔn)邊沿位置;Η則表示所述 張力測量漉與其導(dǎo)向漉之間的距離； 而當(dāng)V。大于或等于V?ax時，則將糾偏轉(zhuǎn)角Θ直接設(shè)定等于與所述張力測量軸自身的最大 轉(zhuǎn)角max; (C)所述糾偏控制器根據(jù)步驟(b)所求出的糾偏轉(zhuǎn)角Θ來輸出相應(yīng)的控制電壓，進(jìn)而所 述驅(qū)動電機(jī)(4)則基于該控制電壓來轉(zhuǎn)動相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，并帶動與其輸出軸相連的所述傳動 機(jī)構(gòu)(3)同步旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】B65H26/04GK105836515SQ201610278083
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】陳建魁, 柯洋, 蔣博
【申請人】華中科技大學(xué)