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如何用B&R PID 来实现张力控制 点击：11564 | 回复：37



gongkongedit

    
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发表于：2003-06-24 22:45:00
楼主
1 张力控制的背景 塑料挤出行业中，管材和薄膜挤出生产线中经常要用到张力控制，纺机行业中，织机和卷染机都要用到张力控制。从这些张力控制的共性看，张力控制的目标是张力值，控制的对象是变频器或伺服，所加工的材质都是软性料。 所采用的控制手段主要有以下三种： 第一、张力控制一般采用PID控制。PID控制效果的好坏主要在于采样时间、滤波时间、增益、积分、微分等PID参数的调节。 第二、由于变频器的设定到实际速度稳定有一个滞后过程，这一滞后过程往往影响控制系统的动态跟踪。前馈控制可以很好的解决动态跟踪问题。 第三、张力控制时，低速PID参数到高速时可能不适合，或者不同速度段的PID参数可能不通用，因此PID参数的线性化是解决该问题的首选。 总之，张力控制的过程中，动态和稳态都必须兼顾到，单一状态和全程都必须考虑。
张力传感器的一般形式 2 控制理论 2.1 一般PID调节器原理图
W 引导值(设定值) X 被调值 (实际值) Y 调节值 P 比例调节值 I 积分调节值 D 微分调节值 E 调节偏差 Kp比例增强系数 Tn滞后时间 Tv超调时间 Y= Kp*[e + Ta/Tn*sum(e) + Tv/Ta*de] 上式在实际应用中，Kp,Ta,Tn,Tv的选择是关键。 2.2 前馈控制 一般变频器速度设定到实际速度稳定有滞后，如果后一台变频仅依据中间张力传感器来调节，将会出现如下情况： 前一台变频器设定速度变化，延时一段时间，实际速度改变，再延时一段时间，张力传感器张力改变；后一台变频器根据张力控制的PID值调节设定速度，该设定值经过一段时间延时，到实际速度改变，一段时间积累后，张力该变。 这其中，变频设定速度到实际速度之间有延时，导致张力传感器反应有很大延时，容易造成调节超调，特别当生产速度很快时，很容易造成大幅度震荡。
变频器设定速度到实际速度稳定有延时
无前馈控制的PID调节 系统增加前馈控制，可以提高动态响应。由于前后变频器可以看作线性关系，因此前馈部分公式简化为： V2=K12 * V1 K12为前后牵引机的转速比 这样，总的公式为： Y= K12 * V1 + Kp*[e + Ta/Tn*sum(e) + Tv/Ta*de] 其中e=W-X 2.3 PID参数线性化 PID参数线性化的前提：全程PID参数的变化是可线性的，即可以近似用较少的折线相连来表示的。线性化方法参见下图：
PID参数的线性化 线性化的折线线段应尽可能地靠近所模拟的曲线，使该曲线上的点分布在折线两边的概率和距离之和近似相等。 3 实现方法 3.1 采样周期选择 一般原则:采样时间的选定应保证调节回路中最快的事件能被采样几次。太长的采样时间增强了振荡倾向而且通过漂移效应容易导致失控。太短的采样时间不仅不必要地消耗运算资源甚至还能导致参数输入的困难. 采样时间确定的标准:继续缩短采样时间不再会引起调节性能的明显改善。 3.2 PID参数调节方法 Kp:尽可能调高，因为一个较大的Kp可使调节回路既快又精确。但过高等Kp值可导致超调甚至振荡(不稳定)。可用的初始值:1/Ks(Ks=调节对象的静态放大系数=开环稳态输出对输入的比)。从一个较小的值开始一步步翻倍调整，直至出现振荡趋势，然后再回调，使振荡消除。在加入超前时间后，Kp往往还可以再明显调大。 Ki: 目的是消除P-调节器的剩余误差。选择好初始值，然后一步步减半, 直至出现振荡，再回调，使振荡消除。 Kd: 微分器作为实际值振荡的阻尼。选择好初始值，然后一步步加倍, 直至出现振荡，再回调，使振荡消除。 3.3 滤波参数的选择 滤波器用于抑制测量噪声。初始值: Td/10，一步步加倍, 直至副作用如阶跃响应出现振荡倾向，再回调，使振荡消除。 3.4 线性化步骤 第1步：从最低速到最高速设定N组PID参数值：选最低速度、最高速度和中间的8个速度； 第2步：针对每一个速度，调节好PID参数，使系统在这一速度下的动稳态性能达到最佳； 第3步：自动升降速过程中，以前一台变频器为基准，按一定步长，平稳调整前一台变频器速度设定值。后一台变频器根据张力PID调节值设定速度，其中PID参数值根据这N组PID参数对整线的速度插补求得； 3.5步长选择 在规定全程加减速时间的前提下，步长/加速间隔=常数，加大步长，可以减少调整频率；减小步长，必须增大调整频率。步长越大，系统调节效果越差。因此，应尽可能选择小步长；但变频器对设定速度有一个最小的敏感值（如LENZE变频这个值为0.02），这个步长应大于这个敏感值，否则这么小的步长调整是没有意义的。实际应用中，一般选为1倍敏感值以上步长即可。 3.6 线性化计算： 这里给出线性化在B&R PLC上的应用。B&R Automation Studio是一个基于Windows环境专为开发B&R 产品应用软件的多目标集成开发系统，支持6种不同的编程语言：梯形图（LAD）、指令表（IL）、结构文本（ST）、顺序结构（SFC）、ANSI-C、Automation BASIC。这里线性化例程用ANSI-C编写。 /* long x，y: 指针;short points:x,y曲线共有points个点；long input：x曲线上某点；返回值：对应y曲线上某点 */ long lin(long *x,long *y,short points,long input) { short i; float dx; float k; float output=0; if (points >=2) { /* Searching for the usefull point */ for(i=0;i< points;i++) { /* Point found -> stop searching */ if(x[i] > input) break; } /* If we found a usefull point => calculate output */ if((0 ouput = y[0] */ output = y[0]; else if(i==points) /* Input higher than x[points] -> output = y[points] */ output = y[points-1]; return (long)output;
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gongkongedit

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1楼
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drgdfg

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2楼
上海三维力控华东技术中心　021－54187904、54181244、64325010
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英泰测控

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发表于：2002-12-01 15:11:00
3楼
技术先进，控制复杂，但成本太高，而且适用的场合受限制很多。 我们的方案： 　　1 放卷用制动器，配开环张力控制器，(收卷用普通电机加变速器，由客户自定)。 　　2 放卷用放料辊，收卷用离合器，配开环张力控制器(收卷用普通电机，由客户自定)。 　　3 使用张力传感器，配闭环张力控制器。 　　4 其他恒张力，锥度张力，附加调速控制方案，方案根据实际系统不同而不同，做到实用，经济。
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gongkongedit

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发表于：2002-12-05 20:59:00
4楼
你好？小弟拜毒文章。觉得非常不错。但是实际用变频器的内部PID完全可以搞定。小弟调试过国内的螺旋放线式软光缆生产线，速度能稳定在0-35米左右。五十米也可以。但是工厂的环境太差。影响传感器进度。特别是灰尘。放线使用变频器PID完全可以。张力误差20克。在温度控制用模糊控制效果非常好。温度非常稳定。但在冷气动时有超调。无法消除。能给小弟纸条路吗？ 谢谢各位大虾！！ lza7576@163.com
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xiakebiao110

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发表于：2002-12-22 22:12:00
5楼
我手上有OMROM中文版CXP和英文版CPT、台达中文、LG中英文、三凌中文、力洋中文、松下英文、永宏中英文、富士中文等PLC软件和编程手册，也有LG、台达ADP3、力洋、GP等触摸屏系列编程软件和手册，如有须要请联系xiakebiao@21cn.com
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gongkongedit

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发表于：2002-12-27 16:56:00
6楼
莱xiao: 据说LENZE有一种型号的INVERTER可以解决卷绕问题.许多成型的PID控制器是针对通常情况设计的,可以解决通常问题. 我的控制方发解决的范围大得多有些疑难PID问题都能解决比如吹瓶机的壁厚都能控制得很好. 温度PID的采样周期太长, PID参数(主要是I部分,可能太大)不适合都可能.冷启动不行说明可能是中间值问题,而中间值往往是I的和. 一点看法见笑. CZP
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gongkongedit

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发表于：2003-01-06 13:02:00
7楼
我用的是一般的西门子mm420或mm440变频器。相对调试周期比较长，调试对工程人员要求比较高。吹瓶机没有搞过，对技术难度不太了解， 在温度控制用模糊控制效果非常好，温度非常稳定。但在冷起动时有超调。无法消除。不是用pid调节。
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Mr.C

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发表于：2003-01-06 14:14:00
8楼
Lenze 93EV的卷绕控制适合较大卷径变化(如200mm-1500mm)、较大张力变化(如200N-2000N)、较大调速范围变化(如1-120m/min)的布、薄膜等材料的中心卷绕收放卷控制。其核心功能是卷径计算模块,是在线速度控制基础上叠加张力或张力架位置控制(PID)分量,同时控制线速度和张力两个变量。
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gongkongedit

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发表于：2003-01-14 08:48:00
9楼
1) 是否可以加装张力控制器.关于卷绕控制, MR.C知道得更多.张力控制器可能比一般变频器容易调试.好的张力控制器可以自整定PID参数,操作工就能调试好.我的方法对调试人员要求比较高. 2) 能否使用模糊PID控制.我们公司有一个PID温度控制器,用户可以随时整定PID(http://www.br-automation.com)参数,没有任何超调.目前市面上好的温控表(比如RKC)都能做到这一点.其动作行为是:加热到接近温度,然后是频繁的起/停,一般超调不超过1度.我认为温度控制有比较成熟算法,当然锅炉,油罐大滞后情况比较特殊.
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gongkongedit

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发表于：2003-01-16 10:15:00
10楼
chen.zhiping： 你好，我用普通的变频器来做，卷绕控制适合较大卷径变化，卷径变化变化的速度不是太快，pid应该完全能实现。卷径变化变化时，pid 就会自动调节变频器的速度，考虑太多就会无法控制，你可以在想想，如果有问题，给我的信箱发信，交个朋友。
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gongkongedit

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发表于：2003-01-16 10:54:00
11楼
菜xiao, 我以前做过两个这样的项目:一个是薄膜卷绕,一个是管材卷绕.可以适用大卷径较快速度变化. 目前我主要做技术支持,现场办公总线探讨得多一些,有时也研究某个领域出现的焦点问题. 由于其他同事在做各种各样行业的项目,我有幸接触那些行业的某些关键技术. 此文在与抛砖引玉,如果达到这个效果足已.现在有些厂商喜欢玩概念,什么DCS,FCS等等.而我希望探讨一些本质的东西. 各人都有自己的特长,"三人行,必有吾师也."
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gongkongedit

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发表于：2003-01-16 14:20:00
12楼
chen.zhiping先生： 你好，我在上面只说了一部分，其实还有其他方面的控制，我总结了四种方法来实现张力控制： 1：单一pid控制。 2：信息产业部八所得加减法（运用光缆生产线)。 3：乘除法运算。 4：混合使用以上各种方法。 没种方法都有其适合的场地，根据不同的情况选用不同的方法。 如果说的不对，请你多多指导。
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gongkongedit

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发表于：2003-01-16 15:48:00
13楼
菜XIAO, 谢谢您告诉我,其他方法我没有试过.不同的条件使用不同的方法,不同的方案花费是不一样的.一种原则是花最少的钱达到目的就行; 另一种是考虑以后的竞争力,用一种最有效,最合理的.您也可以做一个综合性的控制器,不同的条件开启不同的算法.
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z24

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发表于：2003-01-23 18:49:00
14楼
不太实用。
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海牛11

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发表于：2003-03-02 15:17:00
15楼
我是学生做变频供水系统，用三菱的FX系列PLC，对模拟量的输入输出及PID调节不太清楚，不知哪位前辈有PID 的样例程序，如能给一份参考一下，将不胜感激！ 　　 EMAIL：zhwwin@163.com
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布猫

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发表于：2003-03-28 18:32:00
16楼
三恳变频器SHF系列在恒张力控制方面做的不错，内置了PID调节器 能根据放卷和收卷，卷经的变化，自动调节电机的转动的快慢。
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gongkongedit

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发表于：2003-04-01 21:33:00
17楼
各位前辈好！ 我是学生，目前在做真空镀膜机的放膜装置的设计，我有些问题想请教一下： 1，白膜直径500mm，膜宽700mm，圆筒直径大约100左右，膜重80kg,放膜速度是14米/秒,如何根据这些数据来选定伺服电机呢？电机功率、转速是怎么出来的呢？ 2，为了使膜展平和便于膜上空气蒸发，用了一个辊轴，它可以微动，范围是10mm，这用什么装置来实现呢？ 请哪位前辈给予解答，非常感谢！ fenglimei2000@sohu.com
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zcyandy

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发表于：2003-04-02 15:26:00
18楼
小梅子： 　　你好！ 　　您是否能将您的要求说的具体一点么？ 　　或电话至010-82025588赵先生，谢谢！
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大松

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发表于：2003-04-10 10:22:00
19楼
张力控制关键要根据具体使用场合，如主动或被动开卷张力、多驱动中间张力，表面或中心卷取张力控制，控制模式和方法都很多，并结合检测、驱动、运行条件等等，而且材料特性也有很大关系，如钢带、金属线材、纸张、薄膜、无纺布等，他们的力学特性相差很大，只有提供详细的要求才能配置出最优化的方案。
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阿曼

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发表于：2003-04-17 08:25:00
20楼
我司用华为TD3300控制收卷机的涨力，但不知涨力始终很不稳定，在停止还有反弹现象，还有就是当变频器接到运行命令后经过3-4秒才会运行，请各位前辈多多指教？谢谢！
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