变频矢量技术在张力控制中应用的实现
本文从应用的角度阐述了当前技术条件下，矢量变频技术在卷取传动中运用和设计的方法和思路。有较强的实用性和理论指导性。
关键词：
张力变频矢量转矩卷径
引言：
在工业生产的很多行业，�*芯返恼帕刂疲３终帕Φ暮愣ǎ蕴岣卟返闹柿俊Ｖ钊缭熘健⒂∷⒂∪尽啊⒌缦叩缋隆⒐庀说缋隆⒎闹⑵じ铩⒔鹗舨庸ぁ⑾宋⑾鸾骸⒁苯鸬刃幸刀急还惴河τ谩Ｔ诒淦导际趸姑挥谐墒煲郧埃ǔ２捎弥绷骺刂疲曰竦昧己玫目刂菩阅堋Ｋ孀疟淦导际醯娜涨鞒墒欤鱿至耸噶靠刂票淦灯鳌⒄帕刂�*用变频器等*些高性能的变频器。其控制性能已能和直流控制性能相媲*。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。
张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：*、通过控制电机的转速来实现；另*种是通过控制电机输出转矩来实现。
速度模式下的张力闭环控制
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。*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*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。
同步匹配频率指令的公式如下：
F=（V×p×i）/（π×D）
其中：F变频器同步匹配频率指令V材料线速度p电机*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
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**列举。
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。
转矩模式下的张力控制
*、转矩模式下的张力开环控制
在这种模式下，*需张力*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。
转矩的计算公式如下：
T=（F×D）/（2×i）
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
电机的转矩被计算出来后，�*纯刂票淦灯鞯牡缌骰罚庋涂梢钥刂频缁氖涑鲎亍Ｋ宰丶扑惴浅Ｖ匾Ｕ庵挚刂贫嘤迷诙哉帕纫蟛桓叩某『希谖姻慰乒揪陀泄惴旱挠τ谩Ｈ缇镜耐阎⑵媛氖站砜刂浦卸疾捎昧苏庵锌刂颇Ｊ健�
二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控制
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*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。
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*需这种控制。
卷径计算
在*的模式中都需要用到卷筒的卷径，大*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：*种是通过外部将计算好的卷径直接传送给变频器，*般是在PLC中运算获得。另*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。
变频器自己计算卷径的方法有三种：
1、速度计算法：
通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。
其公式如下：
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
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*测误差就会使卷径计算产生较大的误差，所以要设定*个*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。
2、度积分法：
根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷�*奂踊虻菁酰杂谙卟幕剐枭瓒坎愕娜κ�
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*产品的生产场合被广泛应用。
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*般的*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。
3、模拟量输入
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*内鲜有使用。
结束语：
矢量变频技术在卷取应用中的方法多种多样，在当前技术条件下，上述模式是*具有代表性的。*论是设计还是维修，了解你所使用设备的工作模式和控制特点是非常重要的。变频技术还在高速发展，新的理论和控制技术将不断涌现，控制模式还将继续推陈出新。我们期待着更先进、更实用的技术不断出现，以此来改变我们的生活。郑州中鑫自动化设备有限公司是工业自动化*域内*具规模和实力的*业变频器维修的公司，另承接工程设备的改造 电话：0371-60133978 手机：13837132021 网址：www.hnzkwx.com