复合设备张力控制的关键策略与难点

复合设备张力控制的关键策略与难点

1. 闭环控制vs. 开环控制：

● 闭环控制： 使用张力传感器直接反馈实际张力值进行控制，精度最高，抗干扰能力强。是高质量、高速生产的必备选择。成本相对较高。

● 开环控制 (间接张力控制)： 基于速度差或电机/制动器转矩推算张力。依赖于系统模型的准确性和材料参数的稳定性。成本较低，但精度和抗干扰性不如闭环，常用于要求不高的场合或作为闭环控制的辅助/后备。速度模式（控制各驱动点的速度差）和转矩模式（控制电机/制动器的输出转矩）是开环控制的两种主要形式。

2. 卷径变化的影响与锥度张力控制：

● 影响： 收卷和放卷过程中，卷筒直径不断变化。在转矩控制模式下，要保持张力恒定，所需的驱动转矩需随卷径增大而增大（放卷）或减小（收卷）。控制器必须实时计算当前卷径并调整转矩给定值。

● 锥度张力控制： 在收卷过程中，为避免外层材料挤压内层导致“菊花芯”或变形，需要让张力随着卷径的增大而逐渐减小（线性锥度、曲线锥度）。控制器需要实现这种预设的张力衰减曲线。

3. 加减速过程的张力稳定：

● 难点： 设备启停或速度变化时，材料的惯性会导致张力突变（加速时张力增大，减速时张力减小甚至松弛）。

● 策略： 需要采用前馈补偿技术。根据已知的加速度和系统总惯量（包括材料惯量，随卷径变化），提前计算出需要额外补偿的转矩或速度，叠加到控制输出上，抵消惯性的影响。精确的惯量辨识是关键。

4. 多单元同步与张力区隔离：

● 要求： 复合设备通常有多个功能单元（放卷、涂布/复合、干燥、冷却、收卷等），各单元之间需要精确的速度同步，同时维持加工区域的张力稳定。

● 策略：

● 主速度链： 指定一个主速度源（通常是加工区的牵引辊），其他单元（收卷、放卷）的速度指令跟踪主速度，并根据卷径变化和张力反馈进行微调。

● 张力隔离： 在关键加工区（如涂布头、复合辊）前后设置速度可控的驱动辊（夹送辊），形成独立的“张力闭环区”，将收卷和放卷单元的张力波动隔绝在该区域之外，确保加工区的张力极度稳定。这是高速高精度复合设备的关键技术。

5. 材料特性的影响：

● 弹性模量： 不同材料的拉伸刚性不同，同样的张力波动引起的形变不同。

● 摩擦系数： 影响材料在导辊上的滑移，间接影响张力。

● 厚度/宽度变化： 影响卷径计算和惯量。

● 湿度/温度敏感性： 某些材料（如纸张、无纺布）的物理性能会随环境变化。

● 粘弹性： 材料可能存在蠕变和应力松弛效应。

● 策略： 高性能控制系统可能需要存储不同材料的特性参数，并在配方切换时自动加载。自适应控制策略有助于应对材料特性的缓慢变化。