今天乐天来给大家解答关于张力控制原理的问题。这是一个很多人可能还不太了解，但在许多工业领域中非常重要的概念。让我们一起来一下这个神秘的张力控制世界！
什么是张力控制呢？通俗地讲，张力控制就是要能够控制电机输出多大的力，也就是输出多少牛顿。在物理上，这反映到电机轴上，就是控制电机的输出转矩。
真正的张力控制不同于那些依靠前后两个动力点的速度差来形成张力的系统。靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，这种控制需要添加张力传感器。这种方法在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节，并不能达到真正的张力控制效果，张力稳定性也不强，可能会影响产品的最终质量。
变频器实现的恒张力控制实质上是死循环矢量控制，这需要添加编码器反馈。在收卷过程中，卷径是由小到大变化的。为了保证恒定的张力，电机的输出转矩也要相应变化。这就需要在进行不同的操作过程时进行转距补偿。例如，在小卷启动的瞬间，加速、减速、停车以及大卷启动时，都要根据当前的卷径进行不同的转距补偿。这样，收卷的整个过程就会非常稳定，避免了小卷时张力过大或大卷启动时松纱的现象。
接下来，我们来看看张力控制变频收卷在纺织行业的应用及工艺要求。传统的收卷装置采用的是机械传动，但这种传动方式对机械的磨损非常严重。据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本只有一年左右，而且经常需要维护，维护成本也很高，给客户带来了很多不便。张力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统。
在收卷的整个过程中，都需要保持恒定的张力，张力的单位为牛顿或公斤力。在启动小卷时，不能因张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。需要将张力量化，即能够设定张力的大小，并且能够显示实际卷径的大小。
张力控制变频收卷有很多优点。例如，张力可以在人机上设定，使用人性化的操作单位：牛顿。使用先进的控制算法，如卷径的递归运算、空心卷径激活时张力的线性递加等。卷径的实时计算精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且，在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自我纠正卷径到正确的数值。
32、关于电机运行与卷径计算的动态分析
在电机运行过程中，存在一个重要的公式：L1/Δt=L2/Δt。这个公式揭示了牵引电机与收卷电机的运行关系。其中，Δn1和Δn2分别代表单位时间内牵引电机和收卷电机运行的圈数。C1和C2则分别代表测长辊和收卷盘头的周长。i是减速比。我们也知道Δn1πD1=Δn2πD2/i，通过这个公式，我们可以计算出收卷盘头的卷径D2。
当我们深入收卷过程的动态时，无论大小卷、加速、减速、激活或停车，都需要保证张力的恒定。这就需要我们进行转矩的补偿。系统运行之初，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，即静摩擦转矩。正常运行时，则需要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩。这两种转矩在系统的运行过程中始终存在。
在加速、减速和停车的过程中，我们还需要进行不同大小的补偿，以克服系统的惯量，并进行相应的转矩补偿。这些补偿的量与运行的速度有着相应的比例关系。在不同的车速下，补偿的系数也会有所不同。
电机的输出转矩包括了静摩擦转矩（只在激活瞬间存在）、滑动摩擦转矩以及负载转矩。在加速时，需要加上加速转矩；在减速时，需要减去减速转矩。停车时，因为是通过程控减速至设定的最低速，所以停车转矩的补偿处理与减速转矩相似。
关于转矩的补偿标准，静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿；滑动摩擦转矩的补偿则是以收卷电机的额定转矩为标准，补偿量的大小与运行的速度有关。在程序中处理时，需要分段进行补偿。
在计算过程中，我们需要根据已知的空芯卷径Dmin、Dmax，线速度的最大值Vmax，张力设定最大值Fmax以及减速比i等参数来进行计算。例如，当收卷电机在空芯卷径时的转速是最快的，我们可以根据公式V=πDn/i计算出收卷电机的转速。由于变频器在低频工作时，交流异步电机的特性不佳，因此在收卷过程中要尽量避免收卷电机工作在2HZ以下。
在调试过程中，首先需要对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。然后，将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的线数。接下来，通过面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用死循环矢量控制时，运行频率总是在参考编码器反馈的速度，最大限度地接近设定频率，所以运行频率会在设定频率的附近震荡。
介绍电机编码器的脉冲量与张力控制的奥妙
通过精密的卷径计算，我们得出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量（P2）和最低脉冲量（P2）。这些脉冲量不仅揭示了电机的运行状态，更是我们控制收卷电机速度的关键。想象一下，当变频器用于张力控制时，如果不设定最高速度限制，一旦出现断纱等意外情况，收卷电机可能会失控。
最低脉冲量的设定，旨在防止收卷变频器在2Hz以下运行。在这个频率范围内，电机的转矩特性会变得不稳定，可能出现抖动的现象。为了确保电机的平稳运行，我们必须对其进行细致的转矩补偿。这个补偿值可以根据电机的额定转矩的百分比来设定，确保电机在不同卷径和不同阶段都能稳定运行。
那么，什么是真正的张力控制呢？简单来说，就是要能精确控制电机输出的力，也就是输出多少牛顿。这直接关联到电机的输出转矩，当我们控制电机的轴时，实际上就是在进行张力控制。
真正的张力控制与靠前后两个动力点的速度差形成的张力系统有所不同。基于速度差的张力调节实质上是张力的PID控制，这需要加入张力传感器。但在大小卷启动、停止、加速、减速、停车等过程中，这种调节方式很难做到像真正的张力控制那样稳定。张力不稳定势必会影响产品质量。
对于变频收卷，它对变频器的性能有着独特的要求。变频收卷的实质是完成张力控制，即控制电机的运行电流。三相异步电机的输出转矩与电流成正比，当负载有突变时，变频器需要保证电机的机械特性曲线稳定。必须使用矢量变频器，并加入编码器死循环控制。
使用台达产品进行变频收卷的方案包括硬件构成和电气原理图。硬件上，我们选择DOP-A57GSTD+DVP-20EH+DVP—4DA-H+VFD-V的方案。在电气原理图上，我们以并轴机为例进行设计。
通过深入理解和灵活应用台达V系列的矢量型变频器，我们可以在不同的收卷过程中适当调整转矩补偿量，实现恒张力的控制，满足客户需求。但需要注意的是，这种控制方式在张力范围较小的情况下可能不适用。分享的内容希望能为大家带来启发和帮助。
