1 引言
張力控制被廣泛應用于紡織、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入印刷裝置，只有使進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(tǒng)，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(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)的硬件設計
TMS320LF240系列DSP的體系結(jié)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(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(tǒng)主要由張力信號采集電路模塊、磁粉制動器驅(qū)動電路模塊和MAX485差分通信電路模塊和最小系統(tǒng)組成?；驹O計框圖如圖2所示。
3．1 張力信號采集
本系統(tǒng)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(shù)芯片74HC393組成。
張力信號經(jīng)張力傳感器轉(zhuǎn)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(jīng)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?shù)谝患壊顒臃糯蠛蟮男盘枴?00 mV，則經(jīng)第二級差動放大后輸出0～10V的電壓，當?shù)谝患壊顒臃糯蠛蟮男盘?gt;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電壓信號轉(zhuǎn)換為0～10kHz的頻率信號，頻率信號經(jīng)光電隔離、波形整形后送給74HC393，進行脈沖計數(shù)，然后將數(shù)據(jù)送給TMS320LF2407A。
3．2 PWM驅(qū)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(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MOSFET管，產(chǎn)生一定占空比的電流信號，送給磁粉制動器，來控制制動轉(zhuǎn)矩，從而達到恒張力控制的目的。
4 軟件設計
該控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)、置標志位和向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)等；時序模塊包括對開關操作的響應，系統(tǒng)運行的任務調(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(yè)控制中普遍采用的PID調(diào)節(jié)器控制磁粉制動器和磁粉離合器的電流，從而控制制動轉(zhuǎn)矩，以保持張力的恒定。其程序流程圖見圖3。
5 實驗結(jié)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(diào)節(jié)的。張力傳感器輸出的是電壓信號，經(jīng)過V／f變換后變?yōu)槊}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(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
本文設計的張力控制硬件系統(tǒng)，以TMS-320LF2407A為控制芯片，具有結(jié)構緊湊、抗干擾能力強、快速性好、性能價格比高等優(yōu)點，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，對張力的控制要求越來越高，基于DSP的恒張力控制系統(tǒng)將會有很好的應用前景。
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