[摘 要]：介紹了利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)套色印刷系統(tǒng)中張力進(jìn)行控制的方法，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，在控制策略上采用增量式PID控制方法。實(shí)驗(yàn)表明，利用DSP設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)比較成功，通過DSP自帶的PWM輸出能很方便地實(shí)現(xiàn)恒張力控制的目的，恒張力控制的誤差范圍在1%以內(nèi)，取得了很好的控制效果。 1 引言 張力控制被廣泛應(yīng)用于紡織、印刷、鋼鐵等行業(yè)，張力控制的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。在印刷行業(yè)，卷材連續(xù)展開并源源不斷地進(jìn)入印刷裝置，只有使進(jìn)入印刷單元的卷材保持一定的穩(wěn)定張力，才能保證套印過程的穩(wěn)定和印品的套印準(zhǔn)精度。所以，張力控制是印刷控制過程中的關(guān)鍵因素。本文提出了一種基于DSP的恒張力控制硬件系統(tǒng)，在張力控制的應(yīng)用中取得了比較好的效果。 2 張力控制策略 在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。文中控制器采用增量式PID控制[1]?？刂葡到y(tǒng)原理框圖如圖1所示。 控制規(guī)律為 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) TMS320LF240系列DSP的體系結(jié)構(gòu)專為實(shí)時(shí)信號(hào)處理而設(shè)計(jì)，該系列DSP控制器將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，內(nèi)部含有大量豐富的硬件資源，使得外部器件大為減少，不用過多地考慮器件的時(shí)延、邏輯關(guān)系、器件選擇以及與其它電路的配合問題等。 本系統(tǒng)主要由張力信號(hào)采集電路模塊、磁粉制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路模塊和MAX485差分通信電路模塊和最小系統(tǒng)組成?；驹O(shè)計(jì)框圖如圖2所示。 3．1 張力信號(hào)采集 本系統(tǒng)包含4路張力采集信號(hào)模塊，每路張力信號(hào)采集部分主要由差動(dòng)放大芯片LM324、V／f變換芯片LM331和脈沖計(jì)數(shù)芯片74HC393組成。 張力信號(hào)經(jīng)張力傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送給LM324，LM324包括兩級(jí)差動(dòng)放大和一級(jí)比較放大，輸出為0～10V電壓信號(hào)。電壓信號(hào)經(jīng)第一級(jí)差動(dòng)放大3倍，然后分別輸出給第二級(jí)差動(dòng)放大和比較放大器的輸入端，當(dāng)?shù)谝患?jí)差動(dòng)放大后的信號(hào)≤100 mV，則經(jīng)第二級(jí)差動(dòng)放大后輸出0～10V的電壓，當(dāng)?shù)谝患?jí)差動(dòng)放大后的信號(hào)>100mV，則經(jīng)比較放大后輸出10V的電壓。 LM324輸出0～10 V的電壓送給LM331，LM331將0—10 V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～10kHz的頻率信號(hào)，頻率信號(hào)經(jīng)光電隔離、波形整形后送給74HC393，進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，然后將數(shù)據(jù)送給TMS320LF2407A。 3．2 PWM驅(qū)動(dòng)模塊 TMS320LF2407A自帶16路PWM波形輸出功能[2]，采樣信號(hào)送到CPU后，經(jīng)過處理產(chǎn)生一定占空比的PWM輸出，經(jīng)TLP251隔離并驅(qū)動(dòng)MOSFET管，產(chǎn)生一定占空比的電流信號(hào)，送給磁粉制動(dòng)器，來控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到恒張力控制的目的。 4 軟件設(shè)計(jì) 該控制系統(tǒng)的軟件采用匯編語言編寫，軟件設(shè)計(jì)基于串行通訊模塊、時(shí)序模塊和張力控制模塊。串行通訊模塊包括接受上位機(jī)數(shù)據(jù)、置標(biāo)志位和向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)等；時(shí)序模塊包括對(duì)開關(guān)操作的響應(yīng)，系統(tǒng)運(yùn)行的任務(wù)調(diào)度，通訊處理等；張力控制模塊包括張力數(shù)據(jù)處理，張力預(yù)處理和張力控制等。張力控制主要是通過對(duì)張力誤差的處理，采用工業(yè)控制中普遍采用的PID調(diào)節(jié)器控制磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器的電流，從而控制制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以保持張力的恒定。其程序流程圖見圖3。 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在控制過程中，各點(diǎn)的張力通過張力傳感器反饋送到張力控制器，張力控制器是通過給定張力與張力傳感器的反饋張力的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。張力傳感器輸出的是電壓信號(hào)，經(jīng)過V／f變換后變?yōu)槊}沖信號(hào)，1000個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)30kg張力，即每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)0．03kg的張力。對(duì)放卷和收卷張力控制器的輸出每100ms采樣一次。將所得數(shù)據(jù)經(jīng)過Matlab處理，得放卷部分和收卷部分張力控制器的誤差波形分別如圖4、圖5所示。其中，每1個(gè)脈沖代表0．03kg張力。由采樣結(jié)果知恒張力控制的誤差控制在0．1 kg以內(nèi)，張力控制器的給定張力為10 kg，張力控制器的誤差控制在1％以內(nèi)。 6 結(jié)束語 本文設(shè)計(jì)的張力控制硬件系統(tǒng)，以TMS-320LF2407A為控制芯片，具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、快速性好、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，在控制過程中取得了良好的效果。隨著國內(nèi)印刷要求的多樣化，印刷裝置將越來越先進(jìn)，對(duì)張力的控制要求越來越高，基于DSP的恒張力控制系統(tǒng)將會(huì)有很好的應(yīng)用前景。 　 來源：電氣傳動(dòng)