[摘 要]：介绍了利用数字信号处理器（DSP）对套色印刷系统中张力进行控制的方法，详细阐述了系统的硬件结构和软件设计，在控制策略上采用增量式PID控制方法。实验表明，利用DSP设计的硬件系统比较成功，通过DSP自带的PWM输出能很方便地实现恒张力控制的目的，恒张力控制的误差范围在1%以内，取得了很好的控制效果。1 引言张力控制被广泛应用于纺织、印刷、钢铁等行业，张力控制的好坏直接影响到产品的质量。在印刷行业，卷材连续展开并源源不断地进入印刷装置，只有使进入印刷单元的卷材保持一定的稳定张力，才能保证套印过程的稳定和印品的套印准精度。所以，张力控制是印刷控制过程中的关键因素。本文提出了一种基于DSP的恒张力控制硬件系统，在张力控制的应用中取得了比较好的效果。2 张力控制策略在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。文中控制器采用增量式PID控制[1]。控制系统原理框图如图1所示。
控制规律为
3 系统的硬件设计TMS320LF240系列DSP的体系结构专为实时信号处理而设计，该系列DSP控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，内部含有大量丰富的硬件资源，使得外部器件大为减少，不用过多地考虑器件的时延、逻辑关系、器件选择以及与其它电路的配合问题等。本系统主要由张力信号采集电路模块、磁粉制动器驱动电路模块和MAX485差分通信电路模块和最小系统组成。基本设计框图如图2所示。
3．1 张力信号采集本系统包含4路张力采集信号模块，每路张力信号采集部分主要由差动放大芯片LM324、V／f变换芯片LM331和脉冲计数芯片74HC393组成。张力信号经张力传感器转换为电压信号送给LM324，LM324包括两级差动放大和一级比较放大，输出为0～10V电压信号。电压信号经第一级差动放大3倍，然后分别输出给第二级差动放大和比较放大器的输入端，当第一级差动放大后的信号≤100 mV，则经第二级差动放大后输出0～10V的电压，当第一级差动放大后的信号>100mV，则经比较放大后输出10V的电压。LM324输出0～10 V的电压送给LM331，LM331将0—10 V电压信号转换为0～10kHz的频率信号，频率信号经光电隔离、波形整形后送给74HC393，进行脉冲计数，然后将数据送给TMS320LF2407A。3．2 PWM驱动模块TMS320LF2407A自带16路PWM波形输出功能[2]，采样信号送到CPU后，经过处理产生一定占空比的PWM输出，经TLP251隔离并驱动MOSFET管，产生一定占空比的电流信号，送给磁粉制动器，来控制制动转矩，从而达到恒张力控制的目的。4 软件设计该控制系统的软件采用汇编语言编写，软件设计基于串行通讯模块、时序模块和张力控制模块。串行通讯模块包括接受上位机数据、置标志位和向上位机发送数据等；时序模块包括对开关操作的响应，系统运行的任务调度，通讯处理等；张力控制模块包括张力数据处理，张力预处理和张力控制等。张力控制主要是通过对张力误差的处理，采用工业控制中普遍采用的PID调节器控制磁粉制动器和磁粉离合器的电流，从而控制制动转矩，以保持张力的恒定。其程序流程图见图3。
5 实验结果在控制过程中，各点的张力通过张力传感器反馈送到张力控制器，张力控制器是通过给定张力与张力传感器的反馈张力的差值进行调节的。张力传感器输出的是电压信号，经过V／f变换后变为脉冲信号，1000个脉冲对应30kg张力，即每个脉冲对应0．03kg的张力。对放卷和收卷张力控制器的输出每100ms采样一次。将所得数据经过Matlab处理，得放卷部分和收卷部分张力控制器的误差波形分别如图4、图5所示。其中，每1个脉冲代表0．03kg张力。由采样结果知恒张力控制的误差控制在0．1 kg以内，张力控制器的给定张力为10 kg，张力控制器的误差控制在1％以内。
6 结束语本文设计的张力控制硬件系统，以TMS-320LF2407A为控制芯片，具有结构紧凑、抗干扰能力强、快速性好、性能价格比高等优点，在控制过程中取得了良好的效果。随着国内印刷要求的多样化，印刷装置将越来越先进，对张力的控制要求越来越高，基于DSP的恒张力控制系统将会有很好的应用前景。 来源：电气传动
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