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研究生:陳柏臣
研究生(外文):Bo-Chen Chen
論文名稱:高速盤捲系統之張力控制與干擾抑制特性研究
論文名稱(外文):A Study on Tension Control and Disturbance Suppression for High-Speed Winding System
指導教授:游源成游源成引用關係
指導教授(外文):Yuan-Chen Yu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:電機工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:偏移控制張力控制盤捲系統
外文關鍵詞:Winding systemTension controlAligning control
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高速盤捲系統在工業界應用日漸廣泛,但技術門檻高,主要是盤捲系統在高速盤捲時,必須維持穩定的張力,同時由於薄片在盤捲時會因為各滾輪存在些微偏斜而擠向盤捲輪之一側,導致盤捲失敗,因此糾偏控制亦是盤捲系統不可或缺的一部分。
本研究針對具糾偏控制之盤捲系統的張力控制及其干擾抑制深入探討其控制特性及改善對策,由於盤捲系統大都是由盤捲馬達直接帶動盤捲,而盤捲輪之慣性矩遠大於馬達慣性矩,亦即馬達的負載慣量比很大,導致盤捲馬達反應頻寬大幅下降,若盤捲張力由盤捲馬達來控制,則盤捲中的張力干擾將無法迅速有效地抑制。而張力干擾的因素有許多,如:供料輪或盤捲輪偏心或前製程盤捲成橢圓、張力不均等,在高速盤捲時就會有約20Hz以上的張力干擾出現,若張力控制的反應頻寬不足,此張力干擾將使得張力控制相當不穩定,甚至造成盤捲帶材斷裂。
前期研究所提出來之糾偏控制機構係以其頂輪兩端一上一下的位移來達成盤捲時橫向偏移的抑制,然而藉由該頂輪同時上下位移時,亦可控制盤捲張力,由於該機構的反應頻寬遠高於盤捲輪的反應頻寬,預期可更有效抑制高頻張力干擾的影响,因此本研究即藉此糾偏控制機構的同時上下位移來控制盤捲張力,模擬及實驗皆証實此頂輪張力控制對高頻的張力干擾可有效抑制,但系統暫態時兩輪線速度維持不易,導致頂輪位移量超過螺桿行程以至張力控制效果不佳,本研究最後提出結合盤捲輪張力控制與頂輪張力控制而成雙迴路張力控制,模擬與實驗証實可有效抑制高頻張力干擾又可在系統暫態時有不錯的張力控制
Tension control as well as aligning control is indispensable in a high-speed winding system. This research is aiming at improving the performance of the tension control and its disturbance suppression capability in a high-speed winding system with aligning control. In general, the winding wheel in a winding system has a guide slow response characteristics due to its big load inertia comparing to the driving motor inertia.
As a result, it is not easy to control the winding tension in a small stablized region by adjusting the torque or speed of the winding wheel when some high frequency tension disturbance exist which might be higher then 20Hz.
The approach adopted in this research is to utilize the aligning wheel to control the winding tension as well. The high frequency disturbance can be effectively reduced due to the fast response characteristics of the aligning wheel.However, due to stroke limitation, this approach does not perform well in the speed up/down transient stage. Consequently, a dual loop tension control which combines winding wheel and aligning wheel for tension control was proposed. The effectiveness of the approach has been shown with simulation and experimentation.
摘 要 I
ABSTRACT II
致謝 III
圖目錄 VII
表目錄 XII
第1章 緒 論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與方法 1
1.3 參考文獻 3
1.4 論文架構 6
第2章 盤捲系統架構與實驗設備 7
2.1 盤捲實驗機台系統架構 7
2.2 盤捲系統控制流程說明 10
2.3 盤捲實驗機台控制概要 11
2.4 硬體設備選用規格 12
2.4.1伺服馬達選用 12
2.4.2光纖感測器 13
2.4.3張力感測器 16
2.5 張力感測機構設計概要 17
2.5.1張力感測器線性度量測實驗 19
2.6 糾偏控制裝置設計概要 20
2.7 盤捲馬達負載及彈性系數計算 23
第3章 盤捲控制系統模型建立 27
3.1 盤捲張力動態模型 27
3.2 馬達系統動態方程式 29
3.3 盤捲系統設定速度頻寬設計 32
3.4 盤捲系統控制張力之模型 35
3.4.1盤捲輪控制張力之模型 36
3.4.2後頂輪控制張力之模型 37
3.4.3雙迴路控制張力之模型 38
第4章 系統模擬補償設計及結果討論 39
4.1 盤捲輪控制張力迴路之動態模擬 41
4.1.1盤捲輪控制張力迴路之設計補償 42
4.1.2輸出結果及干擾抑制觀察 43
4.1.3彈性系數對抑制干擾特性探討 45
4.2 後頂輪控制張力迴路之動態模擬 48
4.2.1後頂輪控制張力迴路之設計補償 48
4.2.2 後頂輪位移行程限制探討 53
4.2.3輸出結果及干擾抑制觀察 57
4.3 雙迴路控制張力迴路之動態模擬 59
4.3.1雙迴路控制張力迴路之設計補償 59
4.3.2後頂輪位移行程限制探討 66
4.3.3輸出結果及干擾抑制觀察 68
第5章 實驗結果與討論 70
5.1 線速度2M/SEC實驗結果 72
5.2 線速度4M/SEC實驗結果 74
5.3 線速度6M/SEC實驗結果 76
5.4 線速度8M/SEC實驗結果 78
5.5 線速度10M/SEC實驗結果 79
第6章 結論和未來展望 81
6.1 結論 81
6.2 未來展望 82
附錄A 張力震盪分析 84
A-1張力震盪分析(原始架構) 84
線速度2m/Sec 84
線速度4m/Sec 85
線速度6m/Sec 86
線速度8m/Sec 87
線速度10m/Sec 88
A-2張力震盪分析(加入棉花) 89
線速度2m/Sec 90
線速度4m/Sec 91
線速度10m/Sec 92
A-3張力震盪分析(加入棉花) 93
線速度2m/Sec 94
線速度4m/Sec 95
線速度10m/Sec 96
A-4結論 97
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”,國立高雄第一科技大學系統資訊與控制研究所碩士論文,台灣。
[10]林建志,“多滾輪高速盤捲系統之速度/張力控制”,國立高雄第一科技大學系統資訊與控制研究所碩士論文,台灣,2012。
[11]吳俊霖,“具中輪高速盤捲系統之糾偏特性研究”,國立高雄第一科技大學系統資訊與控制研究所碩士論文,台灣,2012。
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