专利名称：卷径自适应式收放卷张力控制器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电路，属于工业控制领域，特别是涉及一种以磁粉离 合器/制动器作为巻绕张力执行部件的具有巻径自适应功能的巻绕物收放 巻张力控制器电路。适用于各类带材、线材、可绕性管材等加工、生产过 程中对巻绕张力的控制要求。
技术背景张力控制是诸如软包装印刷、塑料薄膜、纸品、纺织物、胶带、金属 箔带、电线电缆、绳缆等各类带材、线材、及可绕性管材等在收，放巻过 程中的重要技术。 一般放巻过程要求恒张力控制，而收巻过程要求变张力 控制，收巻张力应随巻径的增大而减小，即所谓的张力锥度控制。无论 收，放巻，影响巻绕张力控制性能的主要因素是巻绕料筒巻径的变化。目 前的张力控制产品有四种类型(A)需要直接张力检测反馈的张力控制器，如日本三菱的LE-40MTA-E、 LE-40MTB-E及其张力检测器LX-TD，及美国Montalvo公司的相关产品等，特点是控制精度高、系统造价 昂贵，但对巻径的大范围变化无自适应能力；(B)无需直接张力检测、 但需配超声波巻径感应器的张力控制器，如日本三菱的LD-30FTA张力 控制器+ LD-30FTA—lAD模块，控制性能较稳定、系统造价高；(C) 无需直接张力检测、但需设置被加工的巻绕物厚度与初始巻径、及输入转 轴转速脉冲信号的张力控制器，如日本三菱的LD-30FTA等，控制精度 不高、操作麻烦，系统造价较高；(D)手动张力控制器，如日本三菱 的LE-50PAU、 LD-100W、 LE-P50A等，但其只能手动调整磁粉离合器/ 制动器的励磁电压，即只能手调磁粉离合器/制动器的输出力矩，因张力 随巻径而变化，这需操作员不断靠目测巻径变化进而修改手调磁粉离合器 /制动器的励磁电压，控制精度完全取决于操作员的水平与勤奋程度。以 上几类基本上都是盘装仪表或台式仪表，其核心是微处理器，但对磁粉离 合器/制动器的励磁电压无反馈调节。 发明内容本发明的目的就是为克服现有相关产品存在的不足之处，提供一种结 构简单、通用性强、能耗低、易小型化与模块化、无需张力传感器，具有 对巻径自适应功能的收/放巻张力控制器的电路，当磁粉离合器/制动器的 规格改变时无需调整张力控制器中的电路参数。
本发明的巻径自适应式收放巻张力控制器电路包括直流稳压电源电 路、主回路电路、反馈控制电路、巻径自适应控制电路、自动锥度控制电 路、信号输入与功能选择电路。
直流稳压电源电路包括功率连接件CN1，功率连接件CN1包括有六
个输入端子，分别为MK1端子、MK2端子、GND端子、AC1端子、 AC2端子和DCI端子。MK1端子与输出控制点A连接、MK2端子和 GND端子接地、AC1端子和AC2端子分别与整流桥Ql的交流输入端al 和a2连接。整流桥Ql的正输出端dl与电源滤波电感L2的输入端和整流 二极管D3的阴极连接，负输出端d2接地。功率连接件CN1的DCI端子 与整流二极管D3的阳极连接，整流二极管D3的阴极与电源滤波电感L2 的输入端连接。电源滤波电感L2的输出端分别与电源滤波电容C9的正 端、抗扰电感L3的输入端、+24V电源输出端VDD连接，抗扰电感L3 的输出端分别与抗扰电容C10的正端、开关电源芯片PW2的电源输入端 IN连接，电源滤波电容C9的负端和抗扰电容C10的负端接地。开关电源 芯片PW2的使能端EN和接地端GND接地、电源输出端OUT分别与续 流二极管D2的阴极和输出滤波电感L4的一端连接。输出滤波电感L4的 另一端分别与开关电源芯片PW2的反馈输入端FB、输出滤波电容Cll的 正端、输出高频电容C12的一端、+12V电源输出端Vcc连接，续流二极 管D2的阳极、输出滤波电容Cll的负端和输出高频电容C12的另一端接 地，反极性电源芯片PW3的电源输入端IN与+12V电源输出端Vcc连 接，反极性电源芯片PW3的电源输出端OUT分别与-12V电源输出端Vss 和反极性输出电容C14的负端连接，反极性电源芯片PW3的外接电容正 端C+与CUK电容C13的正端连接，反极性电源芯片PW3的外接电容负 端C-与CUK电容C13的负端连接，反极性电源芯片PW3的接地端GND 和反极性输出电容C14的正端接地。
主回路电路包括脉宽调制芯片PW1，其电源输入端IN与+24V电源 输出端VDD连接、使能端EN分别与使能电阻R0的一端和跳针开关JP1 的一端连接、电容输入端BS与开关电容C0的一端连接、电源输出端 OUT分别与开关电容CO的另一端和输出保护电感Ll的一端以及输出反 接二极管Dl的阴极连接、反馈输入端FB分别与上分压电阻R8的一端和 下分压电阻R9的一端连接、接地端GND接地。使能电阻R0的另一端与 +12￥电源输出端Vcc连接，跳针开关JP1的另一端、输出反接二极管D1 的阳极和下分压电阻R9的另一端接地，输出保护电感Ll的另一端分别 与输出控制点A和上检测电阻Rl的一端连接，上检测电阻Rl的另一端
分别与下检测电阻R2的一端、检测电容Cl的一端和反馈电阻R3的一端 连接，下检测电阻R2的另一端和检测电容C1的另一端接地。
反馈控制电路包括给定跟随器运算放大器AM1、反馈跟随器运算放 大器AM2和调节器运算放大器AM3。给定跟随器运算放大器AMI的正 输入端分别与给定滤波电阻R10的一端和给定滤波电容C5的一端连接、 负输入端分别与给定跟随器运算放大器AMI的输出端和调节器负输入端 电阻R5的一端连接，给定滤波电容C5的另一端接地，给定滤波电阻 R10的另一端与张力/力矩选择开关K2的输出端连接。反馈跟随器运算放 大器AM2的正输入端分别与反馈电阻R3的另一端和反馈电容C2的一端 连接，负输入端分别与反馈跟随器运算放大器AM2的输出端和调节器正 输入端电阻R4的一端连接，反馈电容C2的另一端接地。调节器运算放 大器AM3的正输入端分别与调节器正输入端电阻R4的另一端和调节器 分压电阻R6的一端连接，调节器分压电阻R6的另一端与调节器分压电 容C3的一端连接，调节器分压电容C3的另一端接地；运算放大器AM3 的负输入端分别与调节器反馈电阻R7的一端和调节器负输入端电阻R5 的另一端连接，调节器反馈电阻R7的另一端与调节器反馈电容C4的一 端连接，调节器反馈电容C4的另一端分别与调节器运算放大器AM3的 输出端和上分压电阻R8的另一端连接。
巻径自适应控制电路包括巻径乘法器ML1，其正电源端Vs和负电源 端-Vs分别与+12V电源输出端Vcc禾n-12V电源输出端Vss连接，负被乘 数端X2接地，巻径乘法器ML1的正被乘数XI端与噪声滤波电阻R15的 一端和噪声滤波电容C6的一端连接，噪声滤波电容C6的另一端接地。 巻径乘法器ML1的正乘数端Yl分别与巻径跟随放大器AM4的输出端和 负输入端、锥度电位器RP1的中心端连接，巻径乘法器ML1的负乘数端 Y2与初始巻径电位器RP2的中心端连接，巻径乘法器ML1的输出OUT 分别与张力/力矩选择开关K2的张力选择端F、上限压电阻Rll的一端连 接，巻径乘法器ML1的偏置端Z分别与上限压电阻Rll的另一端和下限 压电阻R12的一端连接，下限压电阻R12的另一端与初始力矩电位器 RP3的中心端连接，初始力矩电位器RP3的一端与接地、另一端与限矩电 阻R13的一端连接，限矩电阻R13的另一端与+12V电源输出端Vcc连 接。初始巻径电位器RP2的一端接地、另一端与限径电阻R14的一端连 接，限径电阻R14的另一端与-12V电源输出端Vss连接。
自动锥度控制电路包括锥度乘法器ML2，锥度乘法器ML2的正电源 端Vs和负电源端-Vs分别与+12V电源输出端Vcc和-12V电源输出端Vss
连接，负被乘数端X2接地，锥度乘法器ML2的正被乘数端XI分别与指 令滤波电阻R18的一端和指令滤波电容C7的一端连接，指令滤波电容 C7的另一端接地。锥度乘法器ML2的正乘数端Yl分别与偏置滤波电容 C15的一端、上偏置电阻R22的一端和下偏置电阻R23的一端连接，上偏 置电阻R22的另一端与+12V电源输出端Vcc连接，下偏置电阻R23的另 一端和偏置滤波电容C15的另一端接地。锥度乘法器ML2的负乘数端Y2 分别与上锥度电阻R19的一端和下锥度电阻R20的一端连接，锥度乘法 器ML2的输出端OUT分别与收巻/放巻选择开关Kl的收巻端W和上限 幅电阻R16的一端连接，锥度乘法器ML2的偏置端Z分别与上限幅电阻 R16的另一端和下限幅电阻R17的一端连接，下限幅电阻R17的另一端接 地，上锥度电阻R19的另一端与锥度电位器RP1的一端连接，下锥度电 阻R20的另一端接地，锥度电位器RP1的另一端与其中心端和巻径跟随 器运算放大器AM4的输出端及其负输入端连接，巻径跟随器运算放大器 AM4的正输入端与巻径滤波电容C8的一端和巻径滤波电阻R21的一端连 接，巻径滤波电容C8的另一端接地。
信号输入与功能选择电路包括信号输入连接件CN2，包括巻径信号输 入端Ur、张力给定信号输入端UfO、 +12V电源输出端VCC和接地端 GND。 +12V电源输出端VCC与+12V电源输出端Vcc连接，张力给定信 号输入端Uf0与收巻/放巻选择开关Kl的放巻端UW和指令滤波电阻R18 的另一端连接，巻径信号输入端Ur与巻径滤波电阻R21的另一端连接， 接地端GND接地。收巻/放巻选择开关Kl的输出端与张力/力矩选择开关 K2的力矩端T连接。
本发明的巻径自适应式收放巻张力控制器电路中所使用的包括脉宽调 制芯片PW1、开关电源芯片PW2、反极性电源芯片PW3、运算放大器 AM1 AM4、乘法器ML1 ML2、整流桥Q1、功率连接件CN1、信号输 入连接件CN2等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场 取得。例如脉宽调制芯片PW1釆用LM2678—ADJ或LM2576—ADJ开 关电源芯片(前者用于输出0 5A、后者用于输出0 3A的控制)、开 关电源芯片PW2采用LM2575 — 12、反极性电源芯片PW3采用 ICL7660A的DC/DC芯片、运算放大器AM1 AM4可合用一片四运放 TLC2264运算放大器、乘法器ML1 ML2采用AD633乘法器、输出反接 二极管Dl与整流二极管D3采用6TQ045S 二极管、续流二极管D2采用 IN5819 二极管、整流桥Ql采用TBU1001整流桥、功率连接件CN1采用 HD8.5-6接线端子排、信号输入连接件CN2采用HD6.35-4接线端子排。
本发明的有益效果是易小型化与模块化、无需张力传感器、结构简 单、功能强、可靠性高、低功耗、性价比高；对磁粉离合器/制动器的励 磁电压进行强鲁棒的闭环调节，该控制器电路参数可适于额定电压为 24VDC的全系列磁粉离合器/制动器；用简易的硬件方案实现了具有巻径
自适应的收/放巻张力控制且当变更磁粉离合器/制动器规格时无需调整电
路参数，并实现了基于线性锥度算法的收巻自动变张力控制；具有收巻/ 放巻控制选择功能和张力/力矩控制选择功能；还提供了初始巻径、初始 力矩的预设功能以满足不同场合的操作控制需求；本发明所述的巻径自适 应式收放巻张力控制器电路既可独立使用、也可受控于上级控制器，如具 有D/A接口的计算机和PLC以及其他智能监控仪表等。本发明在诸如软 包装印刷、塑料薄膜、纸品、纺织物、胶带、金属箔带、电线电缆、绳缆 等各类带材、线材、及可绕性管材等加工、生产过程中具有广泛的用途、 使用便捷、可靠。
图1为本发明的巻径自适应式收放巻张力控制器电路示意图； 图2为图1中A点电压、电流波形图； 图3为本发明实际应用状态示意图。
具体实施例方式
如图l所示，巻径自适应式收放巻张力控制器电路包括一个直流稳压 电源电路、以PWM方式调节磁粉离合器/制动器励磁线圈电压的主回路电 路、对磁粉离合器/制动器励磁线圈电压进行强鲁棒闭环调节的反馈控制 电路、巻径自适应控制电路、自动锥度控制电路、信号输入与功能选择电 路。
直流稳压电源电路包括功率连接件CN1，功率连接件CN1包括有六 个输入端子，分别为MK1端子、MK2端子、GND端子、AC1端子、 AC2端子和DCI端子。MK1端子与输出控制点A连接、MK2端子和 GND端子接地、AC1端子和AC2端子分别与整流桥Ql的交流输入端al 和a2连接。整流桥Ql的正输出端dl与电源滤波电感L2的输入端和整流 二极管D3的阴极连接，负输出端d2接地。功率连接件CN1的DCI端子 与整流二极管D3的阳极连接，整流二极管D3的阴极与电源滤波电感L2 的输入端连接。电源滤波电感L2的输出端分别与电源滤波电容C9的正 端、抗扰电感L3的输入端、+24V电源输出端VDD连接，抗扰电感L3 的输出端分别与抗扰电容C10的正端、开关电源芯片PW2的电源输入端 IN连接，电源滤波电容C9的负端和抗扰电容C10的负端接地。开关电源
芯片PW2的使能端EN和接地端GND接地、电源输出端OUT分别与续 流二极管D2的阴极和输出滤波电感L4的一端连接。输出滤波电感L4的 另一端分别与开关电源芯片PW2的反馈输入端FB、输出滤波电容Cll的 正端、输出高频电容C12的一端、+12￥电源输出端Vcc连接，续流二极 管D2的阳极、输出滤波电容Cll的负端和输出高频电容C12的另一端接 地，反极性电源芯片PW3的电源输入端IN与+12V电源输出端Vcc连 接，反极性电源芯片PW3的电源输出端0UT分别与-12V电源输出端Vss 和反极性输出电容C14的负端连接，反极性电源芯片PW3的外接电容正 端C+与CUK电容C13的正端连接，反极性电源芯片PW3的外接电容负 端C-与CUK电容C13的负端连接，反极性电源芯片PW3的接地端GND 和反极性输出电容C14的正端接地。主回路电路包括脉宽调制芯片PW1，其电源输入端IN与+24V电源 输出端VDD连接、使能端EN分别与使能电阻R0的一端和跳针开关JP1 的一端连接、电容输入端BS与开关电容C0的一端连接、电源输出端 OUT分别与开关电容CO的另一端和输出保护电感Ll的一端以及输出反 接二极管Dl的阴极连接、反馈输入端FB分别与上分压电阻R8的一端和 下分压电阻R9的一端连接、接地端GND接地。使能电阻R0的另一端与 +12V电源输出端Vcc连接，跳针开关JP1的另一端、输出反接二极管Dl 的阳极和下分压电阻R9的另一端接地，输出保护电感Ll的另一端分别 与输出控制点A和上检测电阻Rl的一端连接，上检测电阻Rl的另一端 分别与下检测电阻R2的一端、检测电容Cl的一端和反馈电阻R3的一端 连接，下检测电阻R2的另一端和检测电容C1的另一端接地。反馈控制电路包括给定跟随器运算放大器AM1、反馈跟随器运算放 大器AM2和调节器运算放大器AM3。给定跟随器运算放大器AMI的正 输入端分别与给定滤波电阻R10的一端和给定滤波电容C5的一端连接、 负输入端分别与给定跟随器运算放大器AMI的输出端和调节器负输入端 电阻R5的一端连接，给定滤波电容C5的另一端接地，给定滤波电阻 R10的另一端与张力/力矩选择开关K2的输出端连接。反馈跟随器运算放 大器AM2的正输入端分别与反馈电阻R3的另一端和反馈电容C2的一端 连接，负输入端分别与反馈跟随器运算放大器AM2的输出端和调节器正 输入端电阻R4的一端连接，反馈电容C2的另一端接地。调节器运算放 大器AM3的正输入端分别与调节器正输入端电阻R4的另一端和调节器 分压电阻R6的一端连接，调节器分压电阻R6的另一端与调节器分压电 容C3的一端连接，调节器分压电容C3的另一端接地；运算放大器AM3的负输入端分别与调节器反馈电阻R7的一端和调节器负输入端电阻R5 的另一端连接，调节器反馈电阻R7的另一端与调节器反馈电容C4的一 端连接，调节器反馈电容C4的另一端分别与调节器运算放大器AM3的 输出端和上分压电阻R8的另一端连接。巻径自适应控制电路包括巻径乘法器ML1，其正电源端Vs和负电源 端-Vs分别与+12V电源输出端Vcc禾口-12V电源输出端Vss连接，负被乘 数端X2接地，巻径乘法器ML1的正被乘数XI端与噪声滤波电阻R15的 一端和噪声滤波电容C6的一端连接，噪声滤波电容C6的另一端接地。 巻径乘法器ML1的正乘数端Yl分别与巻径跟随放大器AM4的输出端和 负输入端、锥度电位器RP1的中心端连接，巻径乘法器ML1的负乘数端 Y2与初始巻径电位器RP2的中心端连接，巻径乘法器ML1的输出OUT 分别与张力/力矩选择开关K2的张力选择端F、上限压电阻Rll的一端连 接，巻径乘法器ML1的偏置端Z分别与上限压电阻Rll的另一端和下限 压电阻R12的一端连接，下限压电阻R12的另一端与初始力矩电位器 RP3的中心端连接，初始力矩电位器RP3的一端与接地、另一端与限矩电 阻R13的一端连接，限矩电阻R13的另一端与+12V电源输出端Vcc连 接。初始巻径电位器RP2的一端接地、另一端与限径电阻R14的一端连 接，限径电阻R14的另一端与-12V电源输出端Vss连接。自动锥度控制电路包括锥度乘法器ML2，锥度乘法器ML2的正电源 端Vs和负电源端-Vs分别与+12V电源输出端Vcc和-12V电源输出端Vss 连接，负被乘数端X2接地，锥度乘法器ML2的正被乘数端XI分别与指 令滤波电阻R18的一端和指令滤波电容C7的一端连接，指令滤波电容 C7的另一端接地。锥度乘法器ML2的正乘数端Yl分别与偏置滤波电容 C15的一端、上偏置电阻R22的一端和下偏置电阻R23的一端连接，上偏 置电阻R22的另一端与+12V电源输出端Vcc连接，下偏置电阻R23的另 一端和偏置滤波电容C15的另一端接地。锥度乘法器ML2的负乘数端Y2 分别与上锥度电阻R19的一端和下锥度电阻R20的一端连接，锥度乘法 器ML2的输出端OUT分别与收巻/放巻选择开关Kl的收巻端W和上限 幅电阻R16的一端连接，锥度乘法器ML2的偏置端Z分别与上限幅电阻 R16的另一端和下限幅电阻R17的一端连接，下限幅电阻R17的另一端接 地，上锥度电阻R19的另一端与锥度电位器RP1的一端连接，下锥度电 阻R20的另一端接地，锥度电位器RP1的另一端与其中心端和巻径跟随 器运算放大器AM4的输出端及其负输入端连接，巻径跟随器运算放大器 AM4的正输入端与巻径滤波电容C8的一端和巻径滤波电阻R21的一端连
接，巻径滤波电容C8的另一端接地。
信号输入与功能选择电路包括信号输入连接件CN2，包括巻径信号输 入端Ur、张力给定信号输入端UfD、 +12V电源输出端VCC和接地端 GND。 +12V电源输出端VCC与+12V电源输出端Vcc连接，张力给定信 号输入端UfO与收巻/放巻选择开关Kl的放巻端UW和指令滤波电阻R18 的另一端连接，巻径信号输入端Ur与巻径滤波电阻R21的另一端连接， 接地端GND接地。收巻/放巻选择开关Kl的输出端与张力/力矩选择开关 K2的力矩端T连接。
本发明的巻径自适应式收放巻张力控制器电路中所使用的包括脉宽调 制芯片PW1、开关电源芯片PW2、反极性电源芯片PW3、运算放大器 AM1 AM4、乘法器ML1 ML2、整流桥Q1、功率连接件CN1、信号输 入连接件CN2等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场 取得。例如脉宽调制芯片PW1采用LM2678—ADJ或LM2576—ADJ开 关电源芯片(前者用于输出0 5A、后者用于输出0 3A的控制)、开 关电源芯片PW2采用LM2575 — 12、反极性电源芯片PW3采用 ICL7660A的DC/DC芯片、运算放大器AM1 AM4可合用一片四运放 TLC2264运算放大器、乘法器ML1 ML2采用AD633乘法器、输出反接 二极管Dl与整流二极管D3采用6TQ045S 二极管、续流二极管D2采用 IN5819 二极管、整流桥Ql采用TBU1001整流桥、功率连接件CN1采用 HD8.5-6接线端子排、信号输入连接件CN2采用HD6.35-4接线端子排。
本发明中的主要电路参数配合为Rl/R2=3.8、 R4=R5、 R6=R7、 R8=R9 、 R11=R12 、 R16=R17 、 R22/R23=1.4 、 C3=C4 、 R3 Rl 、 R12》RP3。
本发明所依据的主要算法是设经信号输入连接件CN2的UfD端 子、Ur端子输入的张力给定信号与巻径信号电压分别是^、 "r，则稳态 时，运算放大器AM4输出端的电压也是^ ，锥度乘法器ML2的OUT端 输出，压为^，当Kl拨向W端时，巻径乘法器ML1的OUT端输出电 压为《，磁粉离合器/制动器的励磁线圈两端电压(即A点对地电压)^为 ^，当K2拨向F端且稳态时的运算放大器AMI输出端的电压也是《， 这也是磁粉离合器/制动器的励磁电压闭环回路的给定信号，稳态时有 t/r=M <1〉收巻时(K1—W) : t//=t//0(l —/1"^~) = "/0(1 —义丄)<2>放巻时(K1—UW) : ","f。 <3>上述公式中，i 、 /^、 i^。分别为巻绕半径及其最大值和由i^设置的初始巻半径(m) ， A为锥度系数，"为电压反馈系数，r为磁粉离合器/ 制动器输出的力矩(Nm) ， F为巻绕张力(N) ， ^为巻径一电压间转换 系数(V/m) ， t^为对应于/^时的最大巻径信号电压(V)，"为磁粉离 合器/制动器的励磁电压_力矩间转换系数(Nm/V)，《。为初始力矩电压 信号(V)，其余的Rl、 R2、 R19、 R20、 RP1等都是巻径自适应式收放 巻张力控制器电路中的电阻与电位器。由<1〉--<9〉式联立可得，在巻径自 适应控制下，巻绕张力F只与张力给定信号f/,有关，而与巻绕半径i 无关(i i r0， "0* [/0;)。本发明的巻径自适应式收放巻张力控制器电路的工作过程 当用+24 26V直流电源供电时，则其+24 26V的直流电源端、地 端分别从功率连接件CN1的DCI端子、GND端子输入，整流二极管D3 用于当输入的直流电源反接时对电路的安全保护，当用22 30V交流电 源供电时，则其交流电源两个端分别从功率连接件CN1的AC1端子、 AC2端子输入，经整流桥Ql后形成脉动直流电压，通过电源滤波电感 L2、电源滤波电容C9形成主电路的供电电压VDD，再经抗扰电感L3、 抗扰电容C10后形成开关电源芯片PW2的供电电压并克服了 VDD中的 噪声电压影响，Vcc是开关电源芯片PW2输出的正稳压值，其经反极性 电源芯片PW3后形成与Vcc等幅反号的负稳压值Vss。主回路电路与反馈控制电路的工作过程为提高集成度与供电效率， 脉宽调制芯片PW1采用LM2678—ADJ或LM2576—ADJ开关电源芯片(前者用于输出0 5A、后者用于输出0 3A的控制)，当用于输出0 3A的控制时，脉宽调制芯片PW1的EN端经跳针开关JP1与地连接，而 当用于输出0 5A的控制时，脉宽调制芯片PW1的EN端处的跳针开关 JP1处于开路状态。输出反接二极管Dl选用肖特基型二极管以降低功 耗，输出保护电感Ll的值很小，其只用于防止与磁粉离合器/制动器励磁 线圈连接的输出端间(即图1中的A点对地间)出现意外短接故障时电流不突变而使得脉宽调制芯片PW1有足够的自我保护动作时间。脉宽调制芯片PWl的OUT端输出的是PWM电压波形，即如图2中的A点电 压w,波形，由于磁粉离合器/制动器励磁线圈的电感量很大且脉宽调制芯 片PW1的调制频率很高，使得通过磁粉离合器/制动器励磁线圈的电流， 即如图2中的经A点流向功率连接件CN1的MK1端子的电流/」波形基 本上是直流波形,其纹波值可忽略不计，电流/,与电压^的平均值成正 比，当脉宽调制芯片PW1的供电电压不变时，^的平均值与电压w,波形中的占空比^/—成正比(其中^为脉宽调制芯片PW1的调制周期、U为一个调制周期内的输出波形时间宽度)，电压w,经由Rl、 R2、 Cl、 R3、 C2组成的电压检测、反馈及滤波电路并通过运算放大器AM2后形成对磁粉离合器/制动器励磁线圈电压的反馈信号，张力/力矩选择开关K2 的输出端信号经RIO、 C5滤波并通过运算放大器AMI后形成对磁粉离合 器/制动器励磁线圈电压闭环回路的给定信号，运算放大器AM3与R4、 R5、 R6、 R7、 C3、 C4组成PI型闭环调节器，运算放大器AM3的输出信 号经R8、 R9分压后形成符合脉宽调制芯片PW1输入要求的信号，由于 在本设计时使得脉宽调制芯片PW1与磁粉离合器/制动器的规格特性在磁 粉离合器/制动器励磁线圈电压闭环控制回路的系统数学模型中影响不 大，因而对磁粉离合器/制动器的励磁线圈电压具有强鲁棒控制特点。1) 当工作于放巻张力控制时，将K1拨向UW端、K2拨向F端，放 巻力矩控制部件为磁粉制动器巻径乘法器ML1的XI端接收经信号输入 连接件CN2的UfO端子输入并经R15、 C6滤波后的张力给定信号C/,。、巻 径乘法器ML1的Yl端接收经信号输入连接件CN2的Ur端子输入并经 R21、 C8滤波与运算放大器AM4后的巻径信号R，张力给定信号&。、 巻径信号R经巻径乘法器ML1按<10>示所示的内部算法后在巻径乘法器 ML1的OUT端的输出电压信号为《，其与张力给定信号&。、巻径信号 R、初始巻绕半径乂。、初始力矩电]^信号《。间的关系如<1>、 <3〉、 <5> 式所示，使得磁粉制动器的励磁电压"在闭环调节的作用下由《唯一决 定，如<6>式所示，联立<1〉、 <3>、 <5>、 <6〉、 <7〉、 <8〉、 <9>^;可得磁粉制动器的输出力矩r能随着巻绕半径w成正比变化(可忽略&。、《。的影响)，保持了实际的巻绕张力F仅由张力给定信号t/,。决定，而与巻绕 半径i 无关，且不随供电电压的波动影响，从而达到具有巻径自适应功能的放巻张力控制；<formula>formula see original document page 14</formula>
2) 当工作于收巻张力控制时，将K1拨向W端、K2拨向F端，收巻
力矩控制部件为磁粉离合器锥度乘法器ML2的XI接收经信号连接件CN2的UfD端子输入并经R18、 C7滤波后的的张力给定信号^。，锥度乘 法器ML2的Y2端接收从信号连接件CN2的Ur端子输入后的巻径信号并 经R21、 C8滤波与运算放大器AM4跟随后及经由RP1、 R19、 R20组成 的锥度系数分压电路后的信号，经锥度乘法器ML2按<10>示所示的内部 算法后在锥度乘法器ML2的OUT端的输出电压信号为t/,，如<2>式所 示，该信号经R15、 C6滤波后形成收巻过程的实际张力给定信号，因 此，由RP1决定的锥度系数义越大、则实际张力给定信号随巻径的增大而 减小的斜率(S卩负锥度)越大，而巻径乘法器ML1的OUT端输出电压 信号《也与^成正比，与O同理，达到了具有自动锥度功能和巻径自适 应功能的的收巻张力控制；3)当收、放巻仅需工作于力矩控制时，则将K1拨向UW端、K2拨 向T端在此方式下，无需输入巻径信号，且此时由信号连接件CN2的 UfD端子输入的张力给定信号t/,。就成为力矩给定信号，也就是磁粉离合 器/制动器的励磁电压闭环调节回路的给定信号。本发明的巻径自适应式收放巻张力控制器电路的实际应用状态示意图 如图3所示，如在张力控制方式下(K2拨向F端)巻径自适应式收放 巻张力控制器电路1根据张力指令装置6发出的张力给定信号、及巻径传 感器5发出的实际巻径信号，分别在收、放巻张力控制方式下，按 <1>一一<9>式关系，自动调节磁粉离合器/制动器2的输出力矩，通过巻 绕物料巻3的转轴对巻绕物4的张力进行基于无张力传感器的自适应张力 自动控制。
权利要求
1、卷径自适应式收放卷张力控制器电路，包括直流稳压电源电路、主回路电路、反馈控制电路、卷径自适应控制电路、自动锥度控制电路、信号输入与功能选择电路，其特征在于直流稳压电源电路包括功率连接件CN1，功率连接件CN1包括有六个输入端子，分别为MK1端子、MK2端子、GND端子、AC1端子、AC2端子和DCI端子；MK1端子与输出控制点A连接，MK2端子和GND端子接地，AC1端子和AC2端子分别与整流桥Q1的交流输入端a1和a2连接；整流桥Q1的正输出端d1与电源滤波电感L2的输入端和整流二极管D3的阴极连接，负输出端d2接地；功率连接件CN1的DCI端子与整流二极管D3的阳极连接，整流二极管D3的阴极与电源滤波电感L2的输入端连接；电源滤波电感L2的输出端分别与电源滤波电容C9的正端、抗扰电感L3的输入端、+24V电源输出端VDD连接，抗扰电感L3的输出端分别与抗扰电容C10的正端和开关电源芯片PW2的电源输入端IN连接，电源滤波电容C9的负端和抗扰电容C10的负端接地；开关电源芯片PW2的使能端EN和接地端GND接地，电源输出端OUT分别与续流二极管D2的阴极和输出滤波电感L4的一端连接；输出滤波电感L4的另一端分别与开关电源芯片PW2的反馈输入端FB、输出滤波电容C11的正端、输出高频电容C12的一端、+12V电源输出端Vcc连接，续流二极管D2的阳极、输出滤波电容C11的负端和输出高频电容C12的另一端接地，反极性电源芯片PW3的电源输入端IN与+12V电源输出端Vcc连接，反极性电源芯片PW3的电源输出端OUT分别与-12V电源输出端Vss和反极性输出电容C14的负端连接，反极性电源芯片PW3的外接电容正端C+与CUK电容C13的正端连接，反极性电源芯片PW3的外接电容负端C-与CUK电容C13的负端连接，反极性电源芯片PW3的接地端GND和反极性输出电容C14的正端接地；主回路电路包括脉宽调制芯片PW1，其电源输入端IN与+24V电源输出端VDD连接，使能端EN分别与使能电阻R0的一端和跳针开关JP1的一端连接，电容输入端BS与开关电容C0的一端连接，电源输出端OUT分别与开关电容C0的另一端和输出保护电感L1的一端以及输出反接二极管D1的阴极连接，反馈输入端FB分别与上分压电阻R8的一端和下分压电阻R9的一端连接，接地端GND接地；使能电阻R0的另一端与+12V电源输出端Vcc连接，跳针开关JP1的另一端、输出反接二极管D1的阳极和下分压电阻R9的另一端接地，输出保护电感L1的另一端分别与输出控制点A和上检测电阻R1的一端连接，上检测电阻R1的另一端分别与下检测电阻R2的一端、检测电容C1的一端和反馈电阻R3的一端连接，下检测电阻R2的另一端和检测电容C1的另一端接地；反馈控制电路包括给定跟随器运算放大器AM1、反馈跟随器运算放大器AM2和调节器运算放大器AM3；给定跟随器运算放大器AM1的正输入端分别与给定滤波电阻R10的一端和给定滤波电容C5的一端连接，负输入端分别与给定跟随器运算放大器AM1的输出端和调节器负输入端电阻R5的一端连接，给定滤波电容C5的另一端接地，给定滤波电阻R10的另一端与张力/力矩选择开关K2的输出端连接；反馈跟随器运算放大器AM2的正输入端分别与反馈电阻R3的另一端和反馈电容C2的一端连接，负输入端分别与反馈跟随器运算放大器AM2的输出端和调节器正输入端电阻R4的一端连接，反馈电容C2的另一端接地；调节器运算放大器AM3的正输入端分别与调节器正输入端电阻R4的另一端和调节器分压电阻R6的一端连接，调节器分压电阻R6的另一端与调节器分压电容C3的一端连接，调节器分压电容C3的另一端接地；运算放大器AM3的负输入端分别与调节器反馈电阻R7的一端和调节器负输入端电阻R5的另一端连接，调节器反馈电阻R7的另一端与调节器反馈电容C4的一端连接，调节器反馈电容C4的另一端分别与调节器运算放大器AM3的输出端和上分压电阻R8的另一端连接；卷径自适应控制电路包括卷径乘法器ML1，其正电源端Vs和负电源端-Vs分别与+12V电源输出端Vcc和-12V电源输出端Vss连接，负被乘数端X2接地，卷径乘法器ML1的正被乘数X1端与噪声滤波电阻R15的一端和噪声滤波电容C6的一端连接，噪声滤波电容C6的另一端接地；卷径乘法器ML1的正乘数端Y1分别与卷径跟随放大器AM4的输出端和负输入端、锥度电位器RP1的中心端连接，卷径乘法器ML1的负乘数端Y2与初始卷径电位器RP2的中心端连接，卷径乘法器ML1的输出OUT分别与张力/力矩选择开关K2的张力选择端F、上限压电阻R11的一端连接，卷径乘法器ML1的偏置端Z分别与上限压电阻R11的另一端和下限压电阻R12的一端连接，下限压电阻R12的另一端与初始力矩电位器RP3的中心端连接，初始力矩电位器RP3的一端与接地、另一端与限矩电阻R13的一端连接，限矩电阻R13的另一端与+12V电源输出端Vcc连接；初始卷径电位器RP2的一端接地、另一端与限径电阻R14的一端连接，限径电阻R14的另一端与-12V电源输出端Vss连接；自动锥度控制电路包括锥度乘法器ML2，锥度乘法器ML2的正电源端Vs和负电源端-Vs分别与+12V电源输出端Vcc和-12V电源输出端Vss连接，负被乘数端X2接地，锥度乘法器ML2的正被乘数端X1分别与指令滤波电阻R18的一端和指令滤波电容C7的一端连接，指令滤波电容C7的另一端接地；锥度乘法器ML2的正乘数端Y1分别与偏置滤波电容C15的一端、上偏置电阻R22的一端和下偏置电阻R23的一端连接，上偏置电阻R22的另一端与+12V电源输出端Vcc连接，下偏置电阻R23的另一端和偏置滤波电容C15的另一端接地；锥度乘法器ML2的负乘数端Y2分别与上锥度电阻R19的一端和下锥度电阻R20的一端连接，锥度乘法器ML2的输出端OUT分别与收卷/放卷选择开关K1的收卷端W和上限幅电阻R16的一端连接，锥度乘法器ML2的偏置端Z分别与上限幅电阻R16的另一端和下限幅电阻R17的一端连接，下限幅电阻R17的另一端接地，上锥度电阻R19的另一端与锥度电位器RP1的一端连接，下锥度电阻R20的另一端接地，锥度电位器RP1的另一端与其中心端和卷径跟随器运算放大器AM4的输出端及其负输入端连接，卷径跟随器运算放大器AM4的正输入端与卷径滤波电容C8的一端和卷径滤波电阻R21的一端连接，卷径滤波电容C8的另一端接地；信号输入与功能选择电路包括信号输入连接件CN2，包括卷径信号输入端Ur、张力给定信号输入端Uf0、+12V电源输出端VCC和接地端GND；+12V电源输出端VCC与+12V电源输出端Vcc连接，张力给定信号输入端Uf0与收卷/放卷选择开关K1的放卷端UW和指令滤波电阻R18的另一端连接，卷径信号输入端Ur与卷径滤波电阻R21的另一端连接，接地端GND接地；收卷/放卷选择开关K1的输出端与张力/力矩选择开关K2的力矩端T连接。
全文摘要
本发明涉及一种以磁粉离合器/制动器作为卷绕张力执行部件的具有卷径自适应功能的卷绕物收放卷张力控制器电路。现有产品造价昂贵、操作麻烦。本发明的控制器电路包括直流稳压电源电路、主回路电路、反馈控制电路、卷径自适应控制电路、自动锥度控制电路、信号输入与功能选择电路。本发明易小型化与模块化、无需张力传感器、结构简单、功能强、可靠性高、低功耗、性价比高，并实现了收卷自动变张力控制，还提供了初始卷径、初始力矩的预设功能以满足不同场合的操作控制需求。本发明所述的控制器电路既可独立使用、也可受控于上级控制器。
文档编号G05D15/01GK101118443SQ20071007107
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月4日 优先权日2007年9月4日
发明者陈德传 申请人:杭州电子科技大学