張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)是指受(shou)到(dao)拉(la)力(li)(li)(li)作用時，物體內部(bu)任一截面兩側存在(zai)的(de)相互牽引(yin)力(li)(li)(li)。長材(cai)料(liao)的(de)加工(gong)(gong)過程中，比(bi)如：紙、膠(jiao)片、線、電纜、各(ge)種薄膜和繩等(deng)都存在(zai)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)。張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)控(kong)制是對(dui)在(zai)兩個加工(gong)(gong)設備(bei)之間(jian)作連續(xu)運(yun)動或(huo)靜止(zhi)的(de)被加工(gong)(gong)材(cai)料(liao)所(suo)受(shou)的(de)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)(li)進行自動控(kong)制的(de)技術。

如下圖(tu)所示，張力=扭矩/半(ban)徑（T=X/R）。當張(zhang)力過大時，不適當的(de)張(zhang)力會導(dao)致材料伸(shen)長(chang)，破壞卷(juan)的(de)形狀，如果張(zhang)力超(chao)過材料的(de)剪切強(qiang)度(du)，甚(shen)至(zhi)會破壞卷(juan)筒。另一方面，張(zhang)力不足會導(dao)致收卷(juan)卷(juan)筒伸(shen)縮或(huo)下垂，最終(zhong)導(dao)致成品質量低下。

隨著現代工業的快速發展，高(gao)精度(du)、高(gao)質量和高(gao)速度(du)作業的機(ji)械設(she)備(bei)，如(ru)絲(si)綢印花機(ji)、紡織機(ji)、印刷機(ji)等(deng)，對張力控制(zhi)(zhi)提出了(le)更(geng)高(gao)的要求。張力控制(zhi)(zhi)成為了(le)工業和生產過(guo)程中不可或缺的重要因素，成為提高(gao)生產效率(lv)、保障產品質量、提高(gao)設(she)備(bei)運(yun)行精準度(du)的關鍵。

張力控制的三種方式

實現(xian)張(zhang)力控(kong)制需要(yao)應用到張(zhang)力控(kong)制器，這(zhe)是一種實現(xian)恒(heng)張(zhang)力或(huo)者錐度(du)張(zhang)力控(kong)制的自(zi)動(dong)控(kong)制系(xi)統(tong)，其作用主(zhu)要(yao)是實現(xian)輥間(jian)的同步，收卷和(he)放卷的均勻控(kong)制。整(zheng)個(ge)系(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)由張(zhang)力控(kong)制器、張(zhang)力檢測器、制動(dong)器和(he)離(li)合器構(gou)成。控(kong)制方(fang)式有(you)手動控制、開環張(zhang)力控制、閉環張(zhang)力控制三(san)種。

（1）手(shou)動控制

手動張(zhang)力控制(zhi)就是在收(shou)卷(juan)和(he)放卷(juan)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中，通過(guo)(guo)(guo)人(ren)工分階段(duan)調整張(zhang)力的幅值，以(yi)(yi)滿足不(bu)(bu)同階段(duan)的張(zhang)力控制(zhi)。當卷(juan)徑變化(hua)時(shi)，操作(zuo)人(ren)員需要通過(guo)(guo)(guo)感覺來調整控制(zhi)輸出以(yi)(yi)保證張(zhang)力不(bu)(bu)會過(guo)(guo)(guo)大或過(guo)(guo)(guo)小。手動控制(zhi)方式擁有以(yi)(yi)下(xia)三個特點：

①成(cheng)本低(di)；

②根據人的手(shou)感調整材料拉(la)伸；

③只能進行階段性的控制。

由于(yu)采用(yong)(yong)手(shou)動控制(zhi)(zhi)，無(wu)法保證整個過(guo)程(cheng)中(zhong)張力的恒定(ding)，張力控制(zhi)(zhi)的調節精度比(bi)較差。該(gai)方式(shi)一般(ban)應用(yong)(yong)在張力控制(zhi)(zhi)精度要求(qiu)不高，自動化程(cheng)度低的應用(yong)(yong)場景。

（2）開(kai)環張力控制(zhi)

開(kai)環張(zhang)力(li)控制就是在(zai)變頻器收卷(juan)(juan)(juan)和(he)放(fang)(fang)卷(juan)(juan)(juan)過程中，自動(dong)檢測(ce)卷(juan)(juan)(juan)徑的(de)變化，并實時調整收卷(juan)(juan)(juan)和(he)放(fang)(fang)卷(juan)(juan)(juan)的(de)力(li)矩(ju)的(de)方法，又稱為半(ban)自動(dong)式張(zhang)力(li)控制或者卷(juan)(juan)(juan)徑檢測(ce)方式。開(kai)環張(zhang)力(li)控制有以下三個特點：

①進行相對(dui)穩定的控制；

②不需要張(zhang)力檢測器；

③有機械(xie)損耗(hao)，不能把握控(kong)制張力。

由于受到執行(xing)機(ji)扭矩變(bian)化、線(xian)性和機(ji)械損耗等影響，張(zhang)力絕對控制(zhi)精度有(you)限，多應用(yong)在(zai)用(yong)戶(hu)無法安裝張(zhang)力反饋裝置的場合。

（3）閉(bi)環張力控(kong)制

閉環張力(li)(li)控制亦稱為全自(zi)(zi)動(dong)(dong)張力(li)(li)控制方式，在開環張力(li)(li)控制的(de)基礎上，使(shi)用張力(li)(li)傳感器、浮(fu)動(dong)(dong)輥(gun)、自(zi)(zi)由式浮(fu)動(dong)(dong)輥(gun)等反(fan)饋器件，通過PID調節，實(shi)時修(xiu)正(zheng)電機速度、轉矩，從(cong)而實(shi)現較高的(de)張力控制(zhi)精度。閉環張力控制(zhi)有以下三個(ge)特(te)點：

①控制精度良好；

②直接(jie)讀取和(he)控制張力數值；

③成(cheng)本(ben)高，需要對機(ji)械運動(dong)動(dong)作(zuo)和控制(zhi)進行協調。

對于該(gai)種張(zhang)力(li)控制方式(shi)，由于其進行(xing)了閉環控制，可以實現(xian)高(gao)精度(du)的張(zhang)力(li)控制，能(neng)夠滿(man)足(zu)高(gao)精度(du)、高(gao)質量和高(gao)速度(du)作(zuo)業(ye)的機(ji)械設備。因為需要(yao)安裝張(zhang)力(li)檢測器(qi)，成(cheng)本(ben)會相對其他(ta)方式(shi)會有(you)所增加。

這(zhe)里分(fen)享一(yi)個典型應用(yong)案例：威科達(da)貼邊滾焊機張(zhang)力方案中的過程(cheng)張(zhang)力A閉環控(kong)制。

傳(chuan)統的張力控制(zhi)方法

主動輥和(he)壓(ya)焊印A兩根(gen)輥通過電氣或(huo)機械加工形成速差來使里面的材料(liao)繃緊，這種(zhong)做法需靠材料(liao)的拉伸或(huo)其中的一根(gen)棍(gun)自然打滑(hua)方(fang)可使用，拉伸度(du)不(bu)夠(gou)的材料(liao)不(bu)適(shi)合(he)使用；還有一種(zhong)方(fang)法是用浮輥，這種(zhong)方(fang)法不(bu)適(shi)合(he)小(xiao)張力。

  威科(ke)達的張(zhang)力控(kong)制方(fang)法  

在此區域安裝一個(ge)張(zhang)力(li)傳感器以檢測其實際張(zhang)力(li)大小，先(xian)根(gen)據(ju)機械(xie)參數算出主(zhu)動輥和壓焊印A的(de)速(su)度比(bi)例(li)關(guan)系(xi)，然后再慢(man)速(su)將機器(qi)開起來讓傳動(dong)輥運(yun)轉(zhuan)幾圈，系(xi)統根(gen)據張力傳感器(qi)的(de)張力反饋(kui)大小和(he)編(bian)碼器(qi)脈沖反饋(kui)雙(shuang)閉環來修(xiu)正電子齒輪(lun)比(bi)系(xi)數，精準匹配(pei)速(su)度比(bi)例(li)關(guan)系(xi)，使兩者的(de)線速(su)度基(ji)本同步，從而保證在運(yun)行過程中PID調節(jie)范圍小(xiao)，過程張力更穩定(ding)。

實現(xian)張力控制優化的三種(zhong)途徑

實現張(zhang)力(li)控(kong)制優化(hua)主要(yao)有三(san)種途徑：一(yi)是(shi)(shi)卷徑計(ji)算(suan)；二是(shi)(shi)閉環(huan)張(zhang)力(li)控(kong)制；三(san)是(shi)(shi)慣量計(ji)算(suan)。

（1）卷徑計算

卷(juan)徑(jing)計算(suan)是(shi)張(zhang)力控制的一(yi)個關鍵內容。在生(sheng)產過程中，開卷(juan)機(ji)的卷(juan)徑(jing)是(shi)在不(bu)斷變(bian)小，卷(juan)取機(ji)的卷(juan)徑(jing)是(shi)在不(bu)斷變(bian)大，因(yin)此轉矩必須隨著卷(juan)徑(jing)的變(bian)化(hua)而變(bian)化(hua)，才能(neng)獲得穩定的張(zhang)力。由此可(ke)見，卷(juan)筒的瞬時卷(juan)徑(jing)計算(suan)是(shi)必需的。常見的卷(juan)進計算(suan)方式有以下三(san)種： 

①通過(guo)牽引、收放(fang)卷(juan)(juan)的角(jiao)速度和線速度來(lai)計算卷(juan)(juan)徑(jing)；

②通過材料的(de)厚度計算面積，從而得(de)到(dao)卷徑；

③通過傳感器直接測量卷(juan)徑(jing)。

卷徑(jing)計算是實現張力控制優化(hua)的(de)方法之一。隨(sui)著卷徑(jing)的(de)變化(hua)，控制電機的(de)轉(zhuan)矩(ju)發生相(xiang)應的(de)增(zeng)加和減小，從而得到穩定的(de)開卷、卷取張力，順利地進行生產(chan)。

（2）閉環張力控制

通過(guo)上文的三種張(zhang)(zhang)力控制方式介紹(shao)可(ke)知，閉(bi)(bi)環張(zhang)(zhang)力控制相對于另(ling)外兩種方式，在(zai)穩定性和精度(du)上均有優勢。想要實現張(zhang)(zhang)力控制效果的進(jin)一步(bu)提升，閉(bi)(bi)環張(zhang)(zhang)力控制無疑是必然選擇。

據吳工(gong)介紹，威科(ke)達閉環張力控制會在收放卷上增加(jia)卷徑計算和慣量計算，這樣(yang)就不會完全依賴于PID調節，使得張力控制更加平穩(wen)。

（3）慣量計算

在收放(fang)卷加、減(jian)速(su)的(de)(de)過(guo)程中，需要提供額外的(de)(de)轉矩用于克服(fu)整個系統的(de)(de)轉動(dong)慣量(liang)。如果(guo)不加補償，將出現收卷過(guo)程加速(su)時(shi)張力(li)(li)偏小，減(jian)速(su)時(shi)張力(li)(li)偏大(da)，放(fang)卷過(guo)程加速(su)時(shi)張力(li)(li)偏大(da)，減(jian)速(su)時(shi)張力(li)(li)偏小的(de)(de)現象。因此，想要實現張力(li)(li)控(kong)制優化，慣量(liang)計算必(bi)不可少。

慣(guan)量(liang)計算是收放卷在(zai)加減(jian)速(su)過程中會產生一(yi)個慣(guan)性，威科達通過改變電(dian)機轉矩的大小來抵消(xiao)掉慣(guan)性，從(cong)而使張力控制更加穩定。 

VC510張?控制專?型伺服

針對張力控(kong)制(zhi)的諸多難(nan)點，威科(ke)達提供了(le)全伺(si)服(fu)張?控(kong)制(zhi)解決?案，以(yi)VC510張(zhang)?控制專?型伺服為核?，針對不同的機械采?不同的張(zhang)?控制模式，將張(zhang)?控制器(qi)集成于伺服驅動器(qi)內，實現收放卷開環張(zhang)?控(kong)制(zhi)、收放卷閉環張(zhang)?控(kong)制(zhi)、過程張(zhang)?控(kong)制(zhi)等(deng)，達(da)到(dao)?精(jing)度、?穩定性、免維護且(qie)節能(neng)的效(xiao)果。

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