基于嵌入式无轴凹版印刷机套色控制系统的研究

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1、基于嵌入式无轴凹版印刷机套色控制系统的研究第1章绪论1.1课题背景及意义经过三十多年的持续发展，我国的印刷产业已经能够在全局经济中占有一席之地。但是由于早期粗犷式发展以及内容类印刷品的需求下降、包装类印刷品的需求增长乏力等因素，印刷产业存在产能过剩和污染严重的问题[1]。2016年3月9日下午13时，2016中国(上海)国际印刷周主论坛在中国会展中心(上海)2H馆主会场拉开帷幕。在会上，国家新闻出版总局印刷发行司司长王岩镔进行了题为《贯彻五大概念推动转型升级稳步提升中国印刷业的供给质量和水平》的主旨演讲，提出了智慧印刷、绿色印刷的发展思路[2]。因此印

2、刷技术面临着技术革新，怎样降低印刷制品的生产成本以及减少印刷废料、废液是目前亟待解决的问题。彩色图案是由多个单色图案组合而成的，在进行彩色图像的印制前，需要先分解彩色图像，然后按一定颜色顺序分别制版，颜色的个数由图案决定。其中，预先制好的版安装在印刷版辊上，有多少个颜色的版就需要多少个印刷单元[3]。图1.1描述了传统印刷机的机械原理，印料每经过一个印刷单元被压印上一种色彩的图案，然后进入下一个印刷单元，如此依次印刷，将各单色图案在印品上进行重叠压印，组合成规定的彩色图案。在这个过程中，除了第一个印刷单元，其他都需要配套套色控制单元，该单元能够利用光电

3、扫描头传感器持续检测套色偏差，通过调节辊对印料位置进行控制，以实现各个颜色的精准重叠。由于传统印刷机是由中央电机通过主轴、离合器以及变速箱驱动各印刷版辊实现传动的，因此振动和相互的干扰将会严重降低印刷品的质量，从而难以完成更高速度和质量的印刷过程。针对这种情况，无轴传动印刷技术应运而生，它采用电子轴替代了机械轴和相关的机械传动部件，同时去掉了传统的调节辊装置，在印刷过程中，各印刷单元的光电扫描头传感器检测套色偏差，然后由各印刷单元控制器驱动单独的伺服电机进行各个印刷版辊的相位控制[4]。采用无轴传动技术的凹版印刷机套色控制系统包括：中央控制器、现场总线

4、、单元控制器、偏差信号检测单元(包括双光电头和光电编码器)以及伺服电机，其机械原理图见图1.2。.........1.2套色控制系统的研究现状及发展趋势早在1994年，德国高宝印刷设备公司使用博世力士乐公司的无轴控制系统开发出了全球首台无轴传动印刷机，并参加了1996年的Drupa印刷展，由此引领了印刷机采用无轴传动技术的潮流，现在一些先进的印刷机设备制造商已广泛使用Synax200。图1.4为博世力士乐无轴控制系统的实物图，博世力士乐无轴控制系统由HMI、Synax200运动逻辑控制器、伺服驱动器及伺服电机组成，其中Synax200运动逻辑控制器是核

5、心。在博世力士乐无轴控制系统中，所有机器处理单元通过无需维护的交流伺服电机独立驱动，Synax200运动逻辑控制器通过SERCOS光缆环，实时同步控制各个智能化驱动器。Synax200运动逻辑控制器内部集成了印刷机所需的各种功能：收放料功能、稳定张力功能、相位同步功能以及速度同步功能等[7]。早期的无轴传动控制系统仅仅去掉了传统的机械主传动轴，每一印刷单元采用独立驱动机构，保留了套色系统的浮动辊结构且完全独立。由于传动与套色控制系统相互独立，因此控制上很难达到完全协调和稳定，而且色组之间的印料长度比较长，很难实现高速、高精度的印刷过程。由贝加莱公司开发

6、的集成型无轴传动控制系统完全去掉了套色系统所需的浮动辊，将传动与套色融为一体，其采用BRPop;R全数字伺服驱动器ACOPOSmulti及伺服电机构成了版辊伺服驱动系统。由浙江瑞安邦威机械有限公司生产的根据光电扫描头检测到的脉冲信号，结合光电编码器输出脉冲形成的波门算出相邻两套色单元的套色偏差。单元控制器由套色偏差运用控制算法得出相应的控制量，输出到电机驱动器，驱动执行机构(伺服电机)进行相应的动作，以消除套色偏差。在这里，采用改变印刷版辊相位角的方式消除套色偏差，根据套色偏差的大小，实时改变印刷版辊转动相位的大小和转动方向[16]。上位机主要的作用是

7、显示印刷机的运行状态和给定控制参数，当套色控制单元配有显示器时，上位机可取消。.............第3章套色控制系统算法研究.....193.1基于BP神经网络PID控制........193.1.1BP神经网络......193.1.2基于BP神经网络的PID控制算法..........193.1.3基于BP神经网络PID的套色控制算法研究........213.2模糊PID控制器设计.....223.3Smith预估控制器设计..........293.4本章小结....32第4章基于STM32的CAN通信技术实现.....354.1CAN总

8、线通信特点........354.2CAN总线传输线及连接方法......354.3报文传输格