印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，包括：上位機(jī)控制器，與上位機(jī)經(jīng)通訊總線連接，發(fā)送控制信號(hào)給逆變器；逆變器，用于電壓變換，所述逆變器與控制器電連接；伺服單元，包括伺服電機(jī)和編碼器，所述伺服電機(jī)與逆變器電連接，接收逆變器的信號(hào)并用于驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)；所述伺服電機(jī)與所述編碼器連接，所述編碼器與所述控制器電連接，編碼器檢測(cè)伺服電機(jī)的速度信號(hào)，將速度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后發(fā)送給控制器，控制器接收轉(zhuǎn)速信號(hào)并用于滑?？刂?；和檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元與所述控制器電連接，檢測(cè)單元用于檢測(cè)伺服電機(jī)的電流信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送給控制器進(jìn)行處理。該控制系統(tǒng)即便受到非線性擾動(dòng)仍能具有良好的性能。
【專利說明】印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種伺服控制系統(tǒng)，具體涉及一種印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]印刷機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)生活的方方面面，由于印刷機(jī)自身轉(zhuǎn)速高，精度高的特點(diǎn)，對(duì)伺服系統(tǒng)提出了很高的要求。非常重要的是，當(dāng)由各種內(nèi)部的和外部的原因引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，要求印刷機(jī)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速仍然可以穩(wěn)定在設(shè)定值附近，且誤差盡量小。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用比例-積分控制系統(tǒng)，由于這是一種線性控制系統(tǒng)，因此當(dāng)發(fā)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等非線性擾動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有控制系統(tǒng)不能滿足控制系統(tǒng)對(duì)精度的要求，而且在操作時(shí)增加了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作難度，也容易導(dǎo)致產(chǎn)生大量廢品。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能更方便地、更好地對(duì)印刷機(jī)進(jìn)行控制的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)即便受到非線性擾動(dòng)仍能具有良好的性能。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，包括:
[0005]上位機(jī)，用于參數(shù)設(shè)定和信號(hào)顯示；
[0006]控制器，與上位機(jī)經(jīng)通訊總線連接，發(fā)送控制信號(hào)給逆變器；
[0007]逆變器，用于電壓變換，所述逆變器與控制器電連接，接收控制器的控制信號(hào)并發(fā)送信號(hào)給伺服單元；
[0008]伺服單元，包括伺服電機(jī)和編碼器，所述伺服電機(jī)與逆變器電連接，接收逆變器的信號(hào)并用于驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)；所述伺服電機(jī)與所述編碼器連接，所述編碼器與所述控制器電連接，編碼器檢測(cè)伺服電機(jī)的速度信號(hào)，將速度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后發(fā)送給控制器，控制器接收轉(zhuǎn)速信號(hào)并用于滑模控制；和
[0009]檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元與所述控制器電連接，檢測(cè)單元用于檢測(cè)伺服電機(jī)的電流信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送給控制器進(jìn)行處理。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):將滑模變結(jié)構(gòu)控制、伺服控制與控制器結(jié)合起來，利用滑模變結(jié)構(gòu)這一非線性控制結(jié)構(gòu)克服線性控制系統(tǒng)控制性能差、參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜的不足，而且滑模變結(jié)構(gòu)控制能降低誤差、魯棒性強(qiáng)，能更方便地對(duì)印刷機(jī)進(jìn)行控制。進(jìn)一步地，利用伺服反饋和控制器，對(duì)實(shí)際工況下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、外部擾動(dòng)和電機(jī)參數(shù)變化進(jìn)行估算，并將估算值前饋至控制器內(nèi)。使得當(dāng)發(fā)生非線性擾動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)仍然具有良好的快速性、穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性，并有效削弱了滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖動(dòng)問題。也就是，該控制系統(tǒng)即便受到非線性擾動(dòng)仍能具有良好的快速性、穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性等性能，能更好地對(duì)印刷機(jī)進(jìn)行控制。
[0011]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選，所述上位機(jī)與所述控制器通過RS-232串行通訊總線連接，所述上位機(jī)用于轉(zhuǎn)速信號(hào)與位置信號(hào)的設(shè)定、檢測(cè)到的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)與電流信號(hào)的顯示以及故障信號(hào)的顯示。方便參數(shù)設(shè)定和實(shí)時(shí)獲得伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電流，方便監(jiān)測(cè)伺服電機(jī)的工作狀況。
[0012]作為本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選，所述控制器為數(shù)字信號(hào)處理器，用于完成伺服電機(jī)的速度信號(hào)的滑?？刂?、處理轉(zhuǎn)速信號(hào)與電流信號(hào)、處理故障信號(hào)和生成保護(hù)信號(hào)。通過數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行控制，保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)的快速性。
[0013]作為本實(shí)用新型的還有一種優(yōu)選，所述逆變器為智能功率模塊，用于將控制器發(fā)送的兩相直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為三相交流信號(hào)以及生成故障信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理器和智能功率模塊結(jié)合對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行供電，這種結(jié)合的方式穩(wěn)定可靠。
[0014]作為本實(shí)用新型的還有一種優(yōu)選，所述伺服電機(jī)為永磁同步電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)的印輥、墨輥和版輥。永磁同步電機(jī)效率高、力矩慣量比高、能量密度高，在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)，提高了能源利用率。
[0015]作為本實(shí)用新型的還有一種優(yōu)選，所述編碼器為光電編碼器，對(duì)伺服電機(jī)的速度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送給控制器。光電編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)速精度高、抗干擾能力強(qiáng)。
[0016]作為本實(shí)用新型的還有一種優(yōu)選，所述伺服電機(jī)與編碼器同軸連接。方便連接和檢測(cè)，保證檢測(cè)的同步性。
[0017]作為本實(shí)用新型的還有一種優(yōu)選，所述檢測(cè)單元為霍爾傳感器，對(duì)伺服電機(jī)的相電流進(jìn)行檢測(cè)并將電流信號(hào)發(fā)送給控制器進(jìn)行處理后在上位機(jī)顯示。霍爾傳感器測(cè)量電流靈敏度高、可靠性強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1所示是本實(shí)用新型的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0020]圖1為本實(shí)用新型的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實(shí)施例中，上位機(jī)I和控制器2通過串行通訊總線RS-232相連接，上位機(jī)I供操作人員操作使用，其功能包括轉(zhuǎn)速和位移信號(hào)的給定、檢測(cè)到的伺服電機(jī)5的實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速與電流的顯示、以及逆變器3的故障信號(hào)的顯示等。
[0021]控制器2采用數(shù)字信號(hào)處理器。在控制器2中完成滑模速度控制、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算、轉(zhuǎn)速計(jì)算、電流計(jì)算和保護(hù)信號(hào)的生成等。編碼器6與控制器2電連接，編碼器6輸出脈沖信號(hào)，控制器2對(duì)接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，得到伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)速，用于對(duì)伺服電機(jī)5的速度信號(hào)進(jìn)行滑?？刂?。并將速度信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送給上位機(jī)1，顯示給操作人員?？刂破?與逆變器3電連接，控制器2把控制信號(hào)發(fā)送給逆變器3，并對(duì)逆變器3發(fā)出的故障信號(hào)進(jìn)行處理，得到保護(hù)信號(hào)，將故障指示發(fā)送給上位機(jī)I?？刂破?與檢測(cè)單元7電連接，控制器2把檢測(cè)單元7發(fā)出的電流數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理后用于速度信號(hào)的滑?？刂撇㈦娏鲾?shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)1，顯示給操作人員。
[0022]逆變器3采用智能功率模塊，在逆變器3中完成電壓變換和故障信號(hào)的生成。逆變器3與控制器2電連接，逆變器3把控制器2發(fā)送的兩相直流信號(hào)變?yōu)槿嘟涣餍盘?hào)。逆變器3與伺服電機(jī)5電連接，逆變器3把三相交流信號(hào)發(fā)送給伺服電機(jī)5。在故障發(fā)生時(shí)，逆變器3生成故障信號(hào)，發(fā)送給控制器2。
[0023]伺服電機(jī)5采用永磁同步電機(jī)，伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)的印輥、墨輥和版輥。伺服電機(jī)5與逆變器3電連接，把逆變器3發(fā)送的三相交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)力矩。同時(shí)控制器2內(nèi)一般包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器，通過負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器對(duì)實(shí)際工況下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、外部擾動(dòng)和電機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)變化進(jìn)行估算，并將估算值前饋，在控制器內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，使得在控制器內(nèi)完成速度信號(hào)的滑?？刂?、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算等。
[0024]編碼器6采用光電編碼器，編碼器完成對(duì)伺服電機(jī)5的速度信號(hào)的檢測(cè)，編碼器6與伺服電機(jī)5同軸連接,將伺服電機(jī)5的轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為脈沖信號(hào),編碼器6與控制器2電連接，把脈沖信號(hào)發(fā)送給控制器2。
[0025]檢測(cè)單元7采用霍爾傳感器，完成對(duì)相電流的檢測(cè)，檢測(cè)單元7與控制器2電連接，把電流的檢測(cè)信號(hào)發(fā)送給控制器2。控制器2將轉(zhuǎn)速信號(hào)、電流信號(hào)等發(fā)送給上位機(jī)I進(jìn)行顯示。
[0026]雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，然而可以理解，在不脫離本實(shí)用新型的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實(shí)施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 上位機(jī)(1)，用于參數(shù)設(shè)定和信號(hào)顯示； 控制器(2 )，與上位機(jī)(I)經(jīng)通訊總線連接，發(fā)送控制信號(hào)給逆變器(3 ); 逆變器(3)，用于電壓變換，所述逆變器(3)與控制器(2)電連接，接收控制器(2)的控制信號(hào)并發(fā)送信號(hào)給伺服單元(4)； 伺服單元(4)，包括伺服電機(jī)(5)和編碼器(6)，所述伺服電機(jī)(5)與逆變器(3)電連接，接收逆變器(3)的信號(hào)并用于驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)；所述伺服電機(jī)(5)與所述編碼器(6)連接，所述編碼器(6)與所述控制器(2)電連接，編碼器(6)檢測(cè)伺服電機(jī)(5)的速度信號(hào)，將速度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后發(fā)送給控制器(2)，控制器(2)接收轉(zhuǎn)速信號(hào)并用于滑?？刂?；和 檢測(cè)單元(7 )，所述檢測(cè)單元(7 )與所述控制器(2 )電連接，檢測(cè)單元(7 )用于檢測(cè)伺服電機(jī)(5 )的電流信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送給控制器(2 )進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)(I)與所述控制器(2)通過RS-232串行通訊總線連接，所述上位機(jī)(I)用于轉(zhuǎn)速信號(hào)與位置信號(hào)的設(shè)定、檢測(cè)到的伺服電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)速信號(hào)與電流信號(hào)的顯示以及故障信號(hào)的顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(2)為數(shù)字信號(hào)處理器，用于完成伺服電機(jī)(5)的速度信號(hào)的滑?？刂啤⑻幚磙D(zhuǎn)速信號(hào)與電流信號(hào)、處理故障信號(hào)和生成保護(hù)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器(3)為智能功率模塊，用于將控制器(2)發(fā)送的兩相直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為三相交流信號(hào)以及生成故障信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服電機(jī)(5)為永磁同步電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)的印輥、墨輥和版輥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器(6)為光電編碼器，對(duì)伺服電機(jī)(5)的速度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)發(fā)送給控制器⑵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服電機(jī)(5)與編碼器(6)同軸連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷機(jī)滑模伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)單元(7)為霍爾傳感器，對(duì)伺服電機(jī)(5)的相電流進(jìn)行檢測(cè)并將電流信號(hào)發(fā)送給控制器(2)進(jìn)行處理后在上位機(jī)(I)顯示。
【文檔編號(hào)】H02P6/08GK203562986SQ201320668678
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】賈林, 張昌凡, 何靜, 肖園園, 儲(chǔ)后廣, 吳涵 申請(qǐng)人:湖南工業(yè)大學(xué)