【技術領域】
本發明涉及真空卷繞鍍膜張力控制的技術領域，尤其涉及一種基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法。
背景技術：
在卷繞鍍膜系統中，由于基膜從放卷到收卷過程中的每段張力都是不同的，因此過程張力控制非常重要，直接影響到鍍膜產品的質量，目前過程張力的控制方法是采用張力控制器進行控制，而張力控制器使用較為單一，僅適合某些特定的張力控制系統，而且張力控制器十分昂貴，每個張力控制系統中可能需要用到很多個張力控制器，成本過高。
技術實現要素：
本發明提出了一種基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，目的在于解決現有卷繞鍍膜系統的過程張力控制需要采用張力控制器而使得成本過高且通用性差的問題。
本發明由以下技術方案實現的：
基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，其特征在于，卷繞鍍膜機的收卷輥、放卷輥以及電極輥通過磁粉離合器分別與收卷電機、放卷電機以及電極輥電機連接，該方法包括以下步驟：
步驟1：設置電極輥初始張力為t0、薄膜走帶線速度為v0、電極輥直徑為d以及磁粉離合器的初始輸出量為ηi0，電極輥轉動一周的時間為δt＝πd/v0，以δt作為基本周期；
步驟2：實時獲取收卷張力、放卷張力以及各電極輥前、后的過程張力；
步驟3：實時獲取各電極輥的轉動速度；
步驟4：每個周期初始時，以上一個周期的測量平均值作為該周期的控制數據來源，所述測量平均值包括：
①第i根電極輥的前一個張力檢測輥在前一個δt測量周期內的張力平均值為
②第i根電極輥的后一個張力檢測輥在前一個δt測量周期內的張力平均值為
③第i根電極輥在前一個δt測量周期內的速度平均值為
步驟5：由步驟4所得測量平均值，計算第i根電極輥的張力損耗系數、張力偏差系數以及速度偏差系數，
所述第i根電極輥的張力損耗系數為
所述第i根電極輥的張力偏差系數為
所述第i根電極輥的速度偏差系數為
步驟6：由步驟5所得，計算第i根電極輥在下一個δt周期初始時的磁粉離合器的輸出量ηi與磁粉離合器的初始輸出量ηi0的比例為
ηi＝(1-aαi+bβi-cγi)ηi0，其中，a、b、c為常數，
若0.9ηi0≤ηi≤2ηi0，則ηi正常取值；
若ηi﹤0.9ηi0，則規定ηi＝0.9ηi0；
若ηi﹥2ηi0，則規定ηi＝2ηi0；
若干根電極輥均采用周期比例控制模式，如第i根電極輥磁粉離合器的初始輸出量為ηi0，該第i根電極輥在下一個δt周期按照計算得出的與磁粉離合器的初始輸出量ηi0成比例的磁粉輸出量ηi工作，即可實現對該電極輥在本周期過程張力的調整。
如上所述基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，第i根電極輥在下一周期的初始值為該電極輥在上一周期的磁粉離合器輸出量。
如上所述基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，所述磁粉離合器初始輸出量ηi0為不帶膜時，電極輥可在設定速度下相對勻速轉動的最小磁粉輸出量。
如上所述基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，卷繞鍍膜機在開機工作時，首先依據基本規則制定a、b、c的若干取值，再通過正交實驗法進行試驗，依次選取常數b、a和c的值，b參數的試驗取值過程包括以下步驟：
1)先取a＝0，c＝0，b依次從若干取值中選取；
2)在若干個試驗過程中，先以20～50個周期的運行為試驗考察時間范圍，通過上位機檢測過程張力實時曲線，觀察過程張力實時曲線是否有收斂趨勢，若有收斂趨勢，則初步判定該參數合理；
3)根據步驟2)得出的參數，以有無褶皺和張力指示值作為參考，肉眼觀察無褶皺且張力值數據穩定的視為合理參數；
4)在若干取值中選取出兩個合理參數，通過在兩參數間插入若干個相近值，再依次從這些參數中取值，通過步驟2)和步驟3)進行判斷參數是否合理，進一步的篩選試驗，在獲得的合理參數中選取出張力最穩定時的值b0作為參數b。
如上所述基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，a參數的試驗取值過程包括以下步驟：
1)在確定b參數的基礎上，取b＝b0，c＝0，a依次從若干取值中選取；
2)在若干個試驗過程中，先以20～50個周期的運行為試驗考察時間范圍，通過上位機檢測過程張力實時曲線，觀察過程張力實時曲線是否有收斂趨勢，若有收斂趨勢，則初步判定該參數合理；
3)根據步驟2)得出的參數，以有無褶皺和張力指示值作為參考，肉眼觀察無褶皺且張力值數據穩定的視為合理參數；
4)在若干取值中選取出兩個合理參數，通過在兩參數間插入若干個相近值，再依次從這些參數中取值，通過步驟2)和步驟3)進行判斷參數是否合理，進一步的篩選試驗，在獲得的合理參數中選取出張力最穩定時的值a0作為參數a。
如上所述基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，c參數的試驗取值過程包括以下步驟：
1)在確定b參數和a參數的基礎上，取b＝b0，a＝a0,c依次從若干取值中選取；
2)在若干個試驗過程中，先以20～50個周期的運行為試驗考察時間范圍，通過上位機檢測過程張力實時曲線，觀察過程張力實時曲線是否有收斂趨勢，若有收斂趨勢，則初步判定該參數合理；
3)根據步驟2)得出的參數，以有無褶皺和張力指示值作為參考，肉眼觀察無褶皺且張力值數據穩定的視為合理參數；
4)在若干取值中選取出兩個合理參數，通過在兩參數間插入若干個相近值，再依次從這些參數中取值，通過步驟2)和步驟3)進行判斷參數是否合理，進一步的篩選試驗，在獲得的合理參數中選取出張力最穩定時的值c0作為參數c。
與現有技術相比，本發明有如下優點：
1、本發明提供了一種基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，先設置電極輥初始張力、薄膜走帶線速度、電極輥直徑以及磁粉離合器的初始輸出量；在若干電極輥前、后均設置有張力檢測輥實時檢測前、后過程張力；并檢測出電極輥的轉動速度；通過檢測出來的值計算電極輥前后張力在前一個測量周期內的張力平均值和該電極輥在前一個測量周期的速度平均值；通過這幾個平均值算出張力損耗系數、張力偏差系數和速度偏差系數；最后算出磁粉輸出量，則該電極輥在下個周期的初始直接用這個磁粉輸出量來工作就能達到調節作用，實現對過程張力的控制調節，使各電極輥上粘滯摩擦接近，減少皺褶，各位置張力平穩，整個系統穩定；把張力控制器簡化成張力檢測器，無需采用昂貴的張力控制器，大大的節約了成本；同時整個控制模型通用，在同類型的張力控制系統中均可以采用；
2、本發明增加了電極輥的轉速控制項，對電極輥的轉速也進行了控制調節，防止電極輥過快打滑的問題，同時避免了部分電極輥靜止不動的問題。
【附圖說明】
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
圖1為本發明電極輥的運動原理示意圖；
圖2為本發明的控制原理示意圖；
圖3為本發明卷繞鍍膜機的結構示意圖；
圖4為本發明卷繞鍍膜機工藝過程張力控制系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
當本發明實施例提及“第一”、“第二”等序數詞時，除非根據上下文其確實表達順序之意，應當理解為僅僅是起區分之用。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
具體實施例：如圖1-3所示基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，卷繞鍍膜機的收卷輥、放卷輥以及電極輥通過磁粉離合器分別與收卷電機、放卷電機以及電極輥電機連接，該方法包括以下步驟：
步驟1：設置電極輥初始張力為t0、薄膜走帶線速度為v0、電極輥直徑為d以及磁粉離合器的初始輸出量為ηi0，電極輥轉動一周的時間為δt＝πd/v0，以δt作為基本周期；
步驟2：實時獲取收卷張力、放卷張力以及各電極輥前、后的過程張力；
步驟3：實時獲取各電極輥的轉動速度；
步驟4：每個周期初始時，以上一個周期的測量平均值作為該周期的控制數據來源，所述測量平均值包括：
①第i根電極輥的前一個張力檢測輥在前一個δt測量周期內的張力平均值為
②第i根電極輥的后一個張力檢測輥在前一個δt測量周期內的張力平均值為
③第i根電極輥在前一個δt測量周期內的速度平均值為
步驟5：由步驟4所得測量平均值，計算第i根電極輥的張力損耗系數、張力偏差系數以及速度偏差系數，
所述第i根電極輥的張力損耗系數為
所述第i根電極輥的張力偏差系數為
所述第i根電極輥的速度偏差系數為
步驟6：由步驟5所得，計算第i根電極輥在下一個δt周期初始時的磁粉離合器的輸出量ηi與磁粉離合器的初始輸出量ηi0的比例為
ηi＝(1-aαi+bβi-cγi)ηi0，其中，a、b、c為常數，
若0.9ηi0≤ηi≤2ηi0，則ηi正常取值；
若ηi﹤0.9ηi0，則規定ηi＝0.9ηi0；
若ηi﹥2ηi0，則規定ηi＝2ηi0；
若干根電極輥均采用周期比例控制模式，如第i根電極輥磁粉離合器的初始輸出量為ηi0，該第i根電極輥在下一個δt周期按照計算得出的與磁粉離合器的初始輸出量ηi0成比例的磁粉輸出量ηi工作，即可實現對該電極輥在本周期過程張力的調整，使各電極輥上粘滯摩擦接近，減少皺褶，各位置張力平穩，整個系統穩定；把張力控制器簡化成張力檢測器，無需采用昂貴的張力控制器，大大的節約了成本；同時整個控制模型通用，在同類型的張力控制系統中均可以采用。
進一步地，第i根電極輥在下一周期的初始值為該電極輥在上一周期的磁粉離合器輸出量，即每個周期的磁粉離合器輸出量ηi(t)以上一個周期的磁粉離合器輸出量ηi(t-1)作為該周期的初始值：
ηi(t)＝(1-aαi(t)+bβi(t)-cγi(t))ηi(t-1)；
再進一步地，所述磁粉離合器初始輸出量ηi0為不帶膜時，電極輥在設定速度下相對勻速轉動的最小磁粉輸出量。
具體地，卷繞鍍膜機在開機工作時，首先依據基本規則制定a、b、c的若干取值，再通過正交實驗法進行試驗，依次選取常數b、a和c的值，b參數的試驗取值過程包括以下步驟：
1)先取a＝0，c＝0，b依次從若干取值中選取；
2)在若干個試驗過程中，先以20～50個周期的運行為試驗考察時間范圍，本實施例中有三個工藝室，每個工藝室內設有4個電極輥，通過上位機檢測過程張力實時曲線，把每個工藝室內的張力曲線放置在一個實時張力曲線控件內進行對比，觀察過程張力實時曲線是否有收斂趨勢即是否靠近目標值，若有收斂趨勢，則初步判定該參數合理；
3)根據步驟2)得出的參數，以有無褶皺和張力指示值作為參考，肉眼觀察無褶皺且張力值數據穩定的視為合理參數；
4)在若干取值中選取出兩個合理參數，通過在兩參數間插入若干個相近值，再依次從這些參數中取值，通過步驟2)和步驟3)進行判斷參數是否合理，進一步的篩選試驗，在獲得的合理參數中選取出張力最穩定時的值b0作為參數b。
更具體地，a參數的試驗取值過程包括以下步驟：
1)在確定b參數的基礎上，取b＝b0，c＝0，a依次從若干取值中選取；
2)在若干個試驗過程中，先以20～50個周期的運行為試驗考察時間范圍，本實施例中有三個工藝室，每個工藝室內設有4個電極輥，通過上位機檢測過程張力實時曲線，把每個工藝室內的張力曲線放置在一個實時張力曲線控件內進行對比，觀察過程張力實時曲線是否有收斂趨勢即是否靠近目標值，若有收斂趨勢，則初步判定該參數合理；
3)根據步驟2)得出的參數，以有無褶皺和張力指示值作為參考，肉眼觀察無褶皺且張力值數據穩定的視為合理參數；
4)在若干取值中選取出兩個合理參數，通過在兩參數間插入若干個相近值，再依次從這些參數中取值，通過步驟2)和步驟3)進行判斷參數是否合理，進一步的篩選試驗，在獲得的合理參數中選取出張力最穩定時的值a0作為參數a；
再進一步地，c參數的試驗取值過程包括以下步驟：
1)在確定b參數和a參數的基礎上，取b＝b0，a＝a0,c依次從若干取值中選取；
2)在若干個試驗過程中，先以20～50個周期的運行為試驗考察時間范圍，本實施例中有三個工藝室，每個工藝室內設有4個電極輥，通過上位機檢測過程張力實時曲線，把每個工藝室內的張力曲線放置在一個實時張力曲線控件內進行對比，觀察過程張力實時曲線是否有收斂趨勢即是否靠近目標值，若有收斂趨勢，則初步判定該參數合理；
3)根據步驟2)得出的參數，以有無褶皺和張力指示值作為參考，肉眼觀察無褶皺且張力值數據穩定的視為合理參數；
4)在若干取值中選取出兩個合理參數，通過在兩參數間插入若干個相近值，再依次從這些參數中取值，通過步驟2)和步驟3)進行判斷參數是否合理，進一步的篩選試驗，在獲得的合理參數中選取出張力最穩定時的值c0作為參數c。通過選取出最優的a、b、c參數，只要控制電極輥磁粉輸出量ηi以與磁粉初始輸出量ηi0成比例工作，即ηi＝(1-aαi+bβi-cγiηi0，就能夠實現該電極輥過程張力的調整。
圖4為本發明的基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制系統的結構示意圖，該卷繞鍍膜機工藝過程張力控制系統100包括初始數據設置模塊110、張力數據采集模塊120、速度數據采集模塊130、均值計算模塊140、系數計算模塊150、磁粉輸出量計算模塊160以及磁粉離合器控制模塊170。
初始數據設置模塊110：用于設定電極輥初始張力為t0、薄膜走帶線速度為v0、電極輥直徑為d、磁粉離合器的初始輸出量為ηi0以及電極輥轉動一周的基本周期為δt；
張力數據采集模塊120，用于通過收卷張力檢測輥121、放卷張力檢測輥122和過程張力檢測輥123，以獲取各點的實時張力檢測數據；
速度數據采集模塊130，用于獲取各電極輥的實時速度檢測數據；
均值計算模塊140，用于根據張力數據采集模塊120和速度數據采集模塊130獲取到的實時張力檢測數據和實時速度檢測數據來計算電極輥轉動一個周期的張力平均值和速度平均值；
系數計算模塊150，用于根據均值計算模塊獲得的張力平均值和速度平均值分別計算電極輥的張力損耗系數、張力偏差系數以及速度偏差系數；
磁粉輸出量計算模塊160，用于根據電極輥的張力損耗系數、張力偏差系數以及速度偏差系數計算第i根電極輥在下一個δt周期初始時的磁粉輸出量ηi；
磁粉離合器控制模塊170，用于控制磁粉離合器按所述磁粉輸出量ηi作為下一個δt周期的初始輸出量進行工作。
具體地，所述均值計算模塊140包括：
張力均值計算單元141，用于計算第i根電極輥的前一個張力檢測輥在前一個δt測量周期內的張力平均值ti，以及計算第i根電極輥的后一個張力檢測輥在前一個δt測量周期內的張力平均值ti+1；所述
速度均值計算單元142，用于計算第i根電極輥在前一個δt測量周期內的速度平均值vi，所述
更具體地，所述系數計算模塊150包括：
張力損耗系數計算單元151，用于計算所述第i根電極輥的張力損耗系數αi；所述
張力偏差系數計算單元152，用于計算所述第i根電極輥的張力偏差系數βi；所述
速度偏差系數計算單元153，用于計算所述第i根電極輥的速度偏差系數γi；所述
通過張力損耗系數αi、張力偏差系數βi以及速度偏差系數γi可以計算出第i根電極輥在下一個δt周期初始時的磁粉離合器的輸出量ηi與磁粉離合器的初始輸出量ηi0的比例為
ηi＝(1-aαi+bβi-cγi)ηi0；其中，a、b、c為常數，
另外，所述張力數據采集模塊120包括：
收卷張力檢測輥121，用于檢測收卷張力；
放卷張力檢測輥122，用于檢測放卷張力；
過程張力檢測輥123，其于電極輥的前、后布局，用于檢測所述電極輥前、后的過程張力，本實施例中，過程張力檢測輥123包括l1～l5。
進一步地，所述速度數據采集模塊130包括：
速度檢測器131，安裝于電極輥上，用于檢測電極輥轉動速度，所述速度檢測器為旋轉編碼器，本實施例中檢測電極輥的轉動速度v1～v4。
本發明提供的基于高真空環境下卷繞鍍膜機工藝過程張力控制方法，先設置電極輥初始張力、薄膜走帶線速度、電極輥直徑以及磁粉離合器的初始輸出量；在若干電極輥前、后均設置有張力檢測輥實時檢測前、后過程張力；并檢測出電極輥的轉動速度；通過檢測出來的值計算電極輥前后張力在前一個測量周期內的張力平均值和該電極輥在前一個測量周期的速度平均值；通過這幾個平均值算出張力損耗系數、張力偏差系數和速度偏差系數；最后算出磁粉輸出量，則該電極輥在下個周期的初始直接用這個磁粉輸出量來工作就能達到調節作用，實現對過程張力的控制調節，使各電極輥上粘滯摩擦接近，減少皺褶，各位置張力平穩，整個系統穩定；把張力控制器簡化成張力檢測器，無需采用昂貴的張力控制器，大大的節約了成本；同時整個控制模型通用，在同類型的張力控制系統中均可以采用；本發明還增加了電極輥的轉速控制項，對電極輥的轉速也進行了控制調節，防止電極輥過快打滑的問題，同時避免了部分電極輥靜止不動的問題。
如上所述是結合具體內容提供的一種實施方式，并不認定本發明的具體實施只局限于這些說明。凡與本發明的方法、結構等近似、雷同，或是對于本發明構思前提下做出若干技術推演或替換，都應當視為本發明的保護范圍。