模糊控制技术在喷码机油墨压力控制中的应用研究

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连续式喷码机是一种广泛应用于工厂流水线上,以非接触方式打印产品标识的一种喷印设备。其供墨系统油墨压力的稳定直接影响到喷码机的喷印质量。油墨压力控制是具有滞后环节及惯性环节的一类系统,且难以建立精确的数学模型。现有的油墨压力控制系统大多采用分立元件搭建,抗干扰能力弱且控制参数不易调节,系统容易产生超调及振荡等不利影响。针对上述油墨压力控制存在的问题,本文提出了一种模糊-PI复合控制算法对油墨压力进行控制。并建立了基于FPGA实现的油墨压力控制系统。该系统采用LCD液晶来显示控制对象的压力值及参数设定值,并通过串口的方式对控制系统进行测试。  论文的主要研究成果如下:  (1)针对油墨压力的控制问题,结合模糊控制与PI控制的优点设计一模糊-PI复合控制器对油墨压力进行控制,并在Matlab上进行仿真分析。  (2)针对模糊推理算法硬件实现过程中存在模糊化程度不高,输出精度不高以及占用较多逻辑资源的不足提出了改进算法,并在Quartus II开发软件上对模糊推理算法进行功能时序仿真验证。  (3)结合Altera公司推出的算法级开发软件DSP Builder,建立了一个油墨压力控制算法的硬件系统仿真模型,并分别进行对比仿真验证。仿真结果验证了本文设计的有效性。  (4)设计并制作了基于FPGA实现的油墨压力控制系统的硬件电路,主要包括传感器信号处理电路、油墨泵电机驱动电路、以及AD转换电路等。  (5)结合SOPC技术,将油墨压力控制算法构建成自定义的Avalon从设备接口模块并与Nios II软核以及相关外设构成SOPC系统,并设计基于Nios II软核的测试代码对油墨压力进行测试。  实验结果表明:设计的模糊-PI控制器能够有效的对油墨压力进行控制,与现有的油墨压力控制系统相比,超调量小,调节时间短、抗干扰取得了较好的效果。
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