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速度模式下的张力闭环控制
3 e$ f+ R5 Z% m( O# V: n- r8 t 速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。
5 g" d6 M9 K' L, l- h2 S" F4 s% U" E同步匹配频率指令的公式如下：
- y/ ^$ \' t2 S, ~( v# p, TF=（V×p×i）/（π×D）$ o: F& l7 @% Q
其中：F 变频器同步匹配频率指令 V 材料线速度 p 电机极对数（变频器根据电机参数自动获得） i 机械传动比 D 卷筒的卷径
8 K! k9 c8 C- e 变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。
% r4 }5 l5 A. @, Z' ?5 e% F4 n4 H5 _0 J 这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。6 @ E% X0 ^3 X0 ]( K6 H
转矩模式下的张力控制3 C: k2 B( _8 \8 r4 \* A8 p
一、转矩模式下的张力开环控制
1 Z9 X, r/ m0 m% R 在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。9 y3 _2 D/ V5 D' K. f
转矩的计算公式如下：
3 Y9 s0 i9 W7 _T=（F×D）/（2×i）
: c; D2 f0 n. R4 D! ?, T0 G6 e其中：T 变频器输出转矩指令 F 张力设定指令 i 机械传动比 D 卷筒的卷径
% E6 z2 u* P/ Z9 ]; z 电机的转矩被计算出来后，用来控制变频器的电流环，这样就可以控制电机的输出转矩。所以转矩计算非常重要。这种控制多用在对张力精度要求不高的场合，在我鑫科公司就有广泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉的收卷控制中都采用了这中控制模式。! R( E% d. n$ l' N9 w2 V
二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控制- G0 t$ Z( l* n0 j- t
张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈闭环调节。通过张力检测装置反馈张力信号与张力设定值构成PID闭环调节，调整变频器输出转矩指令，这样可以获得更高的张力控制精度。其张力计算与开环控制相同。不论采用张力开环模式还是闭环模式，在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补偿，将出现收卷过程加速时张力偏小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时张力偏小的现象。
, \, r# C1 Z1 q8 J 这种控制模式多用在造纸、纺织等卷取微张力控制的场合下。在我公司尚无需这种控制。 Q2 p- T$ P+ Q: q
卷径计算
: ~* Q% K0 Y4 q* F7 V+ ^4 T/ P 在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，大家知道，在生产过程中开卷机的卷径是在不断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么地重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外部将计算好的卷径直接传送给变频器，一般是在PLC中运算获得。另一种是变频器自己运算获得，矢量控制型变频器都具有卷径计算功能，在大多数的应用中都是通过变频器自己运算获得。这样可以减少PLC程序的复杂性和调试难度、降低成本。
9 }2 V3 R1 z5 ?- T" ~& @变频器自己计算卷径的方法有三种：5 E1 @! _8 C9 b6 G4 _+ i! |
1、 速度计算法：5 U- g$ U; Z0 \
通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。6 N! ?# M! h3 l7 k! V
其公式如下：9 b4 s5 N/ z7 O( a: t
D=（i×V）/（π×n） D 所求卷径 I 机械传动比 n 电机转速 V 线速度6 n2 T! `. x9 e `; ?; ]1 |
" |" y( ^! w0 t+ p2 R 当系统运行速度较低时，材料线速度和变频器输出频率都较低，较小的检测误差就会使卷径计算产生较大的误差，所以要设定一个最低线速度，当材料线速度低于此值时卷径计算停止，卷径当前值保持不变。此值应设为正常工作线速度以下。多数应用场合下的变频器都使用这种方法进行卷径计算。
" |" L$ j% c. v& n, Z0 b6 p+ g- ?% a) k! o3 H/ t* A
2、 厚度积分法：" I, l7 |! ?7 Y" ^, y7 b
; W! J+ b7 e' M s 根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加或递减，对于线材还需设定每层的圈数。* z0 O/ W# K) i! c* N# B+ M6 W% |
4 i! o# Z/ Q# _+ U, ?& I 这种方法计算要求输入材料厚度，若厚度是固定不变的，可以在变频器中设定。此方法在单一产品的生产场合被广泛应用。
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若厚度是需要经常变化的，需要通过人机界面HMI或智能仪表将厚度信号传送到PLC，由PLC或仪表进行运算后再传送给变频器。这种计算方法可以获得比较精确的卷径。在一般的国产设备上应用较少，我公司的进口设备，气垫炉的收、放卷控制上就采用这种计算方式。
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! b, R" V8 R7 V# j: X, c3、 模拟量输入
5 y# R+ l! I% ^4 s3 w& D- Y# q) i5 M
当选用外部卷径传感器时，卷径信号通过模拟输入口输入给变频器。由于卷径传感器的性能、价格、使用环境等原因，在国内鲜有使用。. K O! X) @# ]
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3 e$ f+ R5 Z% m( O# V: n- r8 t 速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。
5 g" d6 M9 K' L, l- h2 S" F4 s% U" E同步匹配频率指令的公式如下：
- y/ ^$ \' t2 S, ~( v# p, TF=（V×p×i）/（π×D）$ o: F& l7 @% Q
其中：F 变频器同步匹配频率指令 V 材料线速度 p 电机极对数（变频器根据电机参数自动获得） i 机械传动比 D 卷筒的卷径
8 K! k9 c8 C- e 变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。
% r4 }5 l5 A. @, Z' ?5 e% F4 n4 H5 _0 J 这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。6 @ E% X0 ^3 X0 ]( K6 H
转矩模式下的张力控制3 C: k2 B( _8 \8 r4 \* A8 p
一、转矩模式下的张力开环控制
1 Z9 X, r/ m0 m% R 在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。9 y3 _2 D/ V5 D' K. f
转矩的计算公式如下：
3 Y9 s0 i9 W7 _T=（F×D）/（2×i）
: c; D2 f0 n. R4 D! ?, T0 G6 e其中：T 变频器输出转矩指令 F 张力设定指令 i 机械传动比 D 卷筒的卷径
% E6 z2 u* P/ Z9 ]; z 电机的转矩被计算出来后，用来控制变频器的电流环，这样就可以控制电机的输出转矩。所以转矩计算非常重要。这种控制多用在对张力精度要求不高的场合，在我鑫科公司就有广泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉的收卷控制中都采用了这中控制模式。! R( E% d. n$ l' N9 w2 V
二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控制- G0 t$ Z( l* n0 j- t
张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈闭环调节。通过张力检测装置反馈张力信号与张力设定值构成PID闭环调节，调整变频器输出转矩指令，这样可以获得更高的张力控制精度。其张力计算与开环控制相同。不论采用张力开环模式还是闭环模式，在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补偿，将出现收卷过程加速时张力偏小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时张力偏小的现象。
, \, r# C1 Z1 q8 J 这种控制模式多用在造纸、纺织等卷取微张力控制的场合下。在我公司尚无需这种控制。 Q2 p- T$ P+ Q: q
卷径计算
: ~* Q% K0 Y4 q* F7 V+ ^4 T/ P 在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，大家知道，在生产过程中开卷机的卷径是在不断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么地重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外部将计算好的卷径直接传送给变频器，一般是在PLC中运算获得。另一种是变频器自己运算获得，矢量控制型变频器都具有卷径计算功能，在大多数的应用中都是通过变频器自己运算获得。这样可以减少PLC程序的复杂性和调试难度、降低成本。
9 }2 V3 R1 z5 ?- T" ~& @变频器自己计算卷径的方法有三种：5 E1 @! _8 C9 b6 G4 _+ i! |
1、 速度计算法：5 U- g$ U; Z0 \
通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。6 N! ?# M! h3 l7 k! V
其公式如下：9 b4 s5 N/ z7 O( a: t
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2、 厚度积分法：" I, l7 |! ?7 Y" ^, y7 b
; W! J+ b7 e' M s 根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加或递减，对于线材还需设定每层的圈数。* z0 O/ W# K) i! c* N# B+ M6 W% |
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若厚度是需要经常变化的，需要通过人机界面HMI或智能仪表将厚度信号传送到PLC，由PLC或仪表进行运算后再传送给变频器。这种计算方法可以获得比较精确的卷径。在一般的国产设备上应用较少，我公司的进口设备，气垫炉的收、放卷控制上就采用这种计算方式。
- b0 k1 L& N a- a- s1 F9 ?. W# y! p: B
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5 y# R+ l! I% ^4 s3 w& D- Y# q) i5 M
当选用外部卷径传感器时，卷径信号通过模拟输入口输入给变频器。由于卷径传感器的性能、价格、使用环境等原因，在国内鲜有使用。. K O! X) @# ]