【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卷对卷印刷电子装备，具体为一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法及相关设备。
技术介绍
1、随着印刷电子设备、可穿戴柔性电子器件、锂电池等卷对卷产品制造精度要求的不断提高，卷对卷制造过程中料带张力控制精度变得尤为重要，张力控制精度不足会造成料带褶皱、破裂、偏移等影响产品质量的问题，造成大规模浪费。
2、在卷对卷设备中，收卷侧储料架是为了满足连续、大规模制造需求的机构，是卷对卷设备的重要组成部分。卷对卷设备具有耦合性强、参数时变的特点，工业常用pi控制存在系统响应速度慢、控制精度不足等问题，难以满足卷对卷制造过程中张力精确控制的要求。
技术实现思路
1、本专利技术的提供了一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法及相关设备，解决了工业常用pi控制存在系统响应速度慢、控制精度不足的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，包括：
4、建立卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型、储料架输入输出辊动力学模型、储料架托架的动力学模型和滚珠丝杠推力模型；
5、根据卷对卷设备收卷侧速度变化曲线，确定储料架输出辊及托架的速度曲线；
6、设计非线性pid控制器；
7、使用非线性pid控制器依据储料架输出辊及托架的速度曲线对卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型、储料架输入输出辊动力学模型、储料架托架的动力学模型和滚珠丝杠推力模型进行
8、使用非线性pid控制器对卷对卷设备中收卷侧储料架进行张力控制。
9、优选地，卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型为：
10、
11、其中，a为料带横截面积，e为料带弹性模量，l(t)为储料架各张力单元料带长度，v0(t)和vn(t)为储料架输入输出辊表面线速度，vc(t)为托架移动速度。
12、优选地，储料架输入输出辊动力学模型为：
13、
14、式中，jr1和jr2为输入输出辊筒的转动惯量；fm1和fm2为轴承摩擦系数；r0、rn为输入输出辊半径；jm0、jmn为输入电机(m0)和输出电机(mn)转动惯量；rm0、rmn为m0和mn输出轴半径；vm0、vmn为m0和mn输出速度。
15、优选地，储料架托架的动力学模型为：
16、
17、式中，μf为动摩擦系数；mc为托架质量；g为重力加速度；uc为控制量,为滚珠丝杠推力f(t)。
18、优选地，滚珠丝杠推力模型为：
19、
20、式中，μ1为ms和联轴器之间的传递效率；μ2为联轴器和滚珠丝杠之间的传递效率；n1为电机和联轴器之间的传动比；n2为联轴器和滚珠丝杠之间的传动比，η为滚珠丝杠的转递效率；l为滚珠丝杠导程；jms为ms转动惯量；vms为ms输出速度；rms为ms输出轴半径。
21、优选地，所述非线性pid控制器结构具体为，包括两个二阶跟踪微分器和一个非线性误差组合，结构为：
22、td1：
23、
24、式中，etd1为td1的跟踪误差；x1为td1的状态跟踪量；x2为td1的微分状态跟踪量；yref为td1的参考输入量；r1为td1的速度因子；h1为td1的滤波因子；h为积分步长。
25、td2：
26、
27、式中，etd2为td2的跟踪误差；z1为td2的状态跟踪量；z2为td2的微分状态跟踪量；y为td2的跟踪输入量；r2为td2的速度因子；h2为td2的滤波因子；h为积分步长。
28、非线性误差组合：
29、
30、e1为状态跟踪误差；e2为微分跟踪误差；fhan为最速控制跟踪函数。
31、优选地，最速控制跟踪函数fhan具体为：
32、
33、式中，r0为速度因子；h0为滤波因子。
34、一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制系统，包括：
35、模型建立模块：建立卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型、储料架输入输出辊动力学模型、储料架托架的动力学模型和滚珠丝杠推力模型；
36、速度曲线确定模块：根据卷对卷设备收卷侧速度变化曲线，确定储料架输出辊及托架的速度曲线；
37、控制器设计模块：设计非线性pid控制器；
38、调整模块：使用非线性pid控制器依据储料架输出辊及托架的速度曲线对卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型、储料架输入输出辊动力学模型、储料架托架的动力学模型和滚珠丝杠推力模型进行控制，根据控制结果调整非线性pid控制器，直至控制结果准确；
39、控制模块：使用非线性pid控制器对卷对卷设备中收卷侧储料架进行张力控制。
40、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序所述处理器执行所述计算机程序时实现如一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法的步骤。
41、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法的步骤。
42、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，首先，建立卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型，确定收卷侧储料架输入输出关系，再建立储料架输入输出辊动力学模型及储料架托架的动力学模型，然后基于卷对卷设备收卷侧速度变化曲线，规划储料架输出辊及托架的速度曲线，然后设计一个非线性pid控制器，对非线性pid控制器进行调整，最终通过非线性pid控制器实现了储料架内料带张力的高精度控制，提高了控制精度，加快了响应速度。
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1.一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型为：
3.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，储料架输入输出辊动力学模型为：
4.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，储料架托架的动力学模型为：
5.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，滚珠丝杠推力模型为：
6.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，所述非线性PID控制器结构具体为，包括两个二阶跟踪微分器和一个非线性误差组合，结构为：
7.根据权利要求6所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，最速控制跟踪函数fhan具体为：
8.一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，包括存储器、
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，卷对卷设备收卷侧储料架的张力误差耦合模型为：
3.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，储料架输入输出辊动力学模型为：
4.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，储料架托架的动力学模型为：
5.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，滚珠丝杠推力模型为：
6.根据权利要求1所述的一种卷对卷设备中收卷侧储料架的张力控制方法，其特征在于，所述非线性pid控制器结构具体为，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘善慧，巨国力，马利娥，李春杰，李引锋，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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