反馈控制方法、反馈控制装置和程序的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在规定的状态下控制卷纸的张力和其它控制对象的反馈控制方法、反馈控制装置和程序。
【背景技术】
[0002]图5中示出了卷纸用的张力控制装置的一例。这是一种为了防止在从卷绕状态反绕的印刷用纸等的卷纸10上产生松弛或折皱等，在运送途中对该卷纸10给予规定的张力的装置。图6中示出了在该张力控制装置中所使用的反馈控制装置的功能块图。
[0003]卷纸10介于2个辊20与中间辊30之间，从卷绕状态沿箭头A方向反绕。由下游侧的提升动力和上游侧反绕制动力给予卷纸10以张力。施加于中间辊30上的与卷纸10有关的力是与该张力对应的力，由以支撑中间辊30两端的方式而配置的2个张力检测器40检测，输入到控制器50B。在该控制器50B中预先设定目标张力值，该目标张力信号与将用张力检测器40所检测到的张力检测信号(力信号)变换为实际的张力的张力检测信号的偏差所对应的控制信号在该控制器50B内生成。通过由该控制信号驱动作为动力部的电磁制动器60，控制该卷纸10的卷绕的反绕的制动力，施加于该卷纸10的张力被控制成为上述目标张力。作为动力部，在电磁制动器60以外，也使用离合器或电动机进行，近年来，作为电动机控制的事例也很多，但就成本而言，则使用电磁制动器更有变得廉价的趋势。
[0004]图7中示出了该控制器50B的内部构成。用张力检测器40所检测到的张力检测信号(力信号)的实体是施加到中间辊30上的力，该信号在信号变换器53中，以事先给出的校正值为基础，变换为原本的张力信号。在噪声大的情况下，通过预先将开关SWl切换到虚线侧，在用低通滤波器51去除掉噪声之后，被输入到该信号变换器53中。目标张力信号与在减法器54中从信号变换器53所输出的张力检测信号相减，得到偏差信号。该偏差信号通过被输入到PID运算器55中，进行比例、积分、微分的运算。
[0005]张力检测器40通过输入卷纸10的张力作为弹簧的位移来检测施加于中间辊上的压力，由于这是基本原理，所以利用中间辊30的质量与张力检测器40的弹簧常数的关系，往往具有几十Hz?一百几十Hz的共振点。因此，由于希望可靠地切除该共振点的信号成分，所以作为上述低通滤波器51，应插入具有10毫秒?数百毫秒的时间常数的一次延时的低通滤波器。近年来，出现使用应变计作为张力检测器40的情形。这种张力检测器由于弹簧常数被取得非常大，所以张力检测器40的共振频率变高，因而减小低通滤波器51的时间常数成为可能。
[0006]在PID运算部55中，进行比例运算的比例运算器551具有按比例放大偏差并快速修正偏差的作用。仅仅在比例计算中，由于若偏差变小，则控制运算结果接近于零，故留有稳定偏差，充分的控制运算无法实现。因此，若用积分运算器552对直至现在的偏差进行积分运算，则其缺点得到改善。在积分运算中，即使偏差是微小的，由于对其进行了积分，故出现仅仅消除控制对象的稳定偏差的输出是可能的。一般而言，积分的增益被称为积分时间，积分时间越短，其增益就变得越高。仅仅在比例和积分的运算中得到充分的控制特性的情形也是很多的，仅仅与该比例和积分的运算相关的控制被称为PI控制。用微分运算器553进行的微分运算对急剧的偏差变动有效地起作用。各运算器551、552、553的运算结果用加法器554相加，得到控制输出信号。再有，偏差信号在噪声大的情况下，由于预先将开关SW2切换到虚线侧，故在经由低通滤波器52之后被输入到PID运算器55。在控制器50B中的运算通过调整PID的各参数进行。
[0007]在使控制对象追随目标值的反馈控制中，一般而言将最低I个积分运算器纳入控制器50B中。在设计理论中，用控制器50B所导出的运算结果内往往不包含积分结果，但这种情况一般假定为，在控制对象中包含积分动作，在安装中将积分运算移至控制器50B内。这是由于在理论上可知(内部模型原理)，通过在控制器50B内纳入I个以上的积分运算器，稳定偏差得到消除的缘故。
[0008]可是，一般而言，若提高控制器50B的控制运算的增益，则控制系统的响应加快、稳定偏差减少等优点很多，但此举会降低控制系统的稳定度。从而，不能将增益提高到某恒定值以上。
[0009]例如，用转轮式印刷机，卷出卷绕的质量持续发生变化。在该转轮式印刷机的张力控制中，若卷绕质量随时间而变化，则最佳的控制参数亦随时间变化。在该情况下，有必要按照所考虑的全部条件调整为稳定的控制参数，但一般而言，通过降低控制器50B的增益进行设定，可确保稳定性。因此，高精度控制系统的建构很困难。
[0010]关于该问题，做出若干提案并付诸实施。由于控制器50B的控制输出有与卷绕质量成正比的趋势，故有卷绕质量小(制动控制输出信号小)时的输出较小、卷绕质量大(制动控制输出信号大)时的输出较大的指数校正的例子。此手法通过利用二极管的非线性特性，仅可在模拟电路中安装。现在，由于可廉价取得微处理器及FPGA等，所以在张力控制中采用这些装置的例子很多。因此，在很多情况下，可无成本追加该种功能的进行安装的情况很多。
[0011]然而，这种手法并不能完全消除卷绕重量变化，不能保证是否能将控制器50B的控制运算的增益提高至最佳值。从而，即使用该指数校正，也有不能充分提高控制器50B的控制运算的增益、不能充分抑制外部干扰及充分提高控制精度的可能性。
[0012]进而，作为高度有效的方案，如图8的控制器50C所示，在PID运算器55的运算结果中，可由开关SW4追加直径校正部59所作的运算，在该直径校正部50中对控制信号乘以指数的校正系数。这是通过运算或测量取得反绕卷绕的卷径，使该卷径在直径校正部59的控制参数中得到反映的做法。反绕卷绕的卷径通过由接触或非接触的位置检测器求得卷出卷绕的表面位置可容易得到。另外，通过使用求得线速度的编码器和测定反绕卷绕的旋转的编码器(或接近传感器)也容易运算反绕卷绕直径。
[0013]然而，在使用直径校正部59的手法中，容易想像有2个缺点。I个是系统的价格上升。另I个是卷绕直径的平方与卷绕的惯性矩呈正比关系，但若知道卷绕直径，则不能说知道卷绕的惯性矩。例如，纸宽度或纸的重量密度若发生变化，则即使卷绕直径相同，其质量也会有差异。另外，卷绕的卷取张力若不同，则即使卷绕直径相同，其质量和惯性矩也有改变的可能性。即，即使单纯应用卷绕直径的运算结果，设定直径校正部59的参数，实现可变增益的控制器50C，也不能保证这就是最佳的控制参数，对某种程度的稳定性必须具有裕量。
[0014]当然，若实现实时推定卷绕的惯性矩，根据各状态使直径校正部59的控制参数可变的系统，则可推测问题会得到解决。然而，每当转轮式印刷机进行印刷时就要输入这些信息，必须建构极大的数据库系统，作为运用并不好。另外，即使作为供给装置的机械制造方，为了制作这样的系统，需要花费很大的工夫。
[0015]作为另外考虑的方案，往往使用牢固控制理论(例如专利文献I)。这是求得控制对象的数学模型，确定控制对象的变动范围，求得最佳的控制运算的手法。
[0016]现有技术文献
[0017]专利文献
[0018]专利文献1:日本特开2010-51104号公报
【发明内容】
[0019]然而，在该手法中，为了进行控制参数的调整，高度的控制理论成为必要。因此，通常的工厂工作人员在设想了控制参数的调整的控制器中采用该理论谈不上是现实的。另夕卜，作为专用的控制器，采用牢固控制也是有问题的。对于牢固控制的设计、调整必须要有高度的控制理论的知识，在这方面有必要使用昂贵的设计软件。因此，要考虑到可采用牢固控制理论的控制对象被限定为对控制本身要花费时间和费用。
[0020]为了将通用的控制器做成产品，必须设想通常的工厂工作人员会使用并掌握。他们不限于取得高度的控制理论。假定即使有能力能够驱使高度的控制理论，也不一定在经费上允许引入、运用昂贵的设计软件。
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