[摘 要]：介紹了利用數字信號處理器（DSP）對套色印刷系統中張力進行控制的方法，詳細闡述了系統的硬件結構和軟件設計，在控制策略上采用增量式PID控制方法。實驗表明，利用DSP設計的硬件系統比較成功，通過DSP自帶的PWM輸出能很方便地實現恒張力控制的目的，恒張力控制的誤差范圍在1%以內，取得了很好的控制效果。 1 引言 張力控制被廣泛應用于紡織、印刷、鋼鐵等行業，張力控制的好壞直接影響到產品的質量。在印刷行業，卷材連續展開并源源不斷地進入印刷裝置，只有使進入印刷單元的卷材保持一定的穩定張力，才能保證套印過程的穩定和印品的套印準精度。所以，張力控制是印刷控制過程中的關鍵因素。本文提出了一種基于DSP的恒張力控制硬件系統，在張力控制的應用中取得了比較好的效果。 2 張力控制策略 在模擬控制系統中，控制器最常用的控制規律是PID控制。文中控制器采用增量式PID控制[1]。控制系統原理框圖如圖1所示。 控制規律為 3 系統的硬件設計 TMS320LF240系列DSP的體系結構專為實時信號處理而設計，該系列DSP控制器將實時處理能力和控制器外設功能集于一身，內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延、邏輯關系、器件選擇以及與其它電路的配合問題等。 本系統主要由張力信號采集電路模塊、磁粉制動器驅動電路模塊和MAX485差分通信電路模塊和最小系統組成。基本設計框圖如圖2所示。 3．1 張力信號采集 本系統包含4路張力采集信號模塊，每路張力信號采集部分主要由差動放大芯片LM324、V／f變換芯片LM331和脈沖計數芯片74HC393組成。 張力信號經張力傳感器轉換為電壓信號送給LM324，LM324包括兩級差動放大和一級比較放大，輸出為0～10V電壓信號。電壓信號經第一級差動放大3倍，然后分別輸出給第二級差動放大和比較放大器的輸入端，當第一級差動放大后的信號≤100 mV，則經第二級差動放大后輸出0～10V的電壓，當第一級差動放大后的信號>100mV，則經比較放大后輸出10V的電壓。 LM324輸出0～10 V的電壓送給LM331，LM331將0—10 V電壓信號轉換為0～10kHz的頻率信號，頻率信號經光電隔離、波形整形后送給74HC393，進行脈沖計數，然后將數據送給TMS320LF2407A。 3．2 PWM驅動模塊 TMS320LF2407A自帶16路PWM波形輸出功能[2]，采樣信號送到CPU后，經過處理產生一定占空比的PWM輸出，經TLP251隔離并驅動MOSFET管，產生一定占空比的電流信號，送給磁粉制動器，來控制制動轉矩，從而達到恒張力控制的目的。 4 軟件設計 該控制系統的軟件采用匯編語言編寫，軟件設計基于串行通訊模塊、時序模塊和張力控制模塊。串行通訊模塊包括接受上位機數據、置標志位和向上位機發送數據等；時序模塊包括對開關操作的響應，系統運行的任務調度，通訊處理等；張力控制模塊包括張力數據處理，張力預處理和張力控制等。張力控制主要是通過對張力誤差的處理，采用工業控制中普遍采用的PID調節器控制磁粉制動器和磁粉離合器的電流，從而控制制動轉矩，以保持張力的恒定。其程序流程圖見圖3。 5 實驗結果 在控制過程中，各點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行調節的。張力傳感器輸出的是電壓信號，經過V／f變換后變為脈沖信號，1000個脈沖對應30kg張力，即每個脈沖對應0．03kg的張力。對放卷和收卷張力控制器的輸出每100ms采樣一次。將所得數據經過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個脈沖代表0．03kg張力。由采樣結果知恒張力控制的誤差控制在0．1 kg以內，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。 6 結束語 本文設計的張力控制硬件系統，以TMS-320LF2407A為控制芯片，具有結構緊湊、抗干擾能力強、快速性好、性能價格比高等優點，在控制過程中取得了良好的效果。隨著國內印刷要求的多樣化，印刷裝置將越來越先進，對張力的控制要求越來越高，基于DSP的恒張力控制系統將會有很好的應用前景。 　 來源：電氣傳動