一种电动烤杯机印刷质量控制系统及控制方法

1.本发明涉及电动烤杯机领域，具体涉及一种电动烤杯机印刷质量控制系统及控制方法。


背景技术：

2.随着热转印技术不断地流入，这种技术开始在各行各业中得到广泛地应用，消费者也越来越热爱热转印技术。越来越多的热转印衣服，杯子和帽子等等，大大提高了我们的审美，但是也存在一些印刷质量上存在不足的地方。在此背景下，对热转印技术印刷质量的研究也迫在眉睫。
3.1)与本发明相关的现有技术一：
4.现有技术及缺点:限位开关控制的方法；
5.在现在的热转印行业技术领域中，对电动烤杯机的控制目前主要的控制方法是，通过对机器设备本身电机位置增加限位开关的方法，来达到对电机的直接控制，没有考虑其它任何参考因素。虽然该种控制的方法仍然能够完成电动烤杯机的印刷工作，但是在其油墨转移率的控制上不够理想，印刷效率不够理想，因其在杯子放入电动烤杯机开始的一段时间内，温度会出现大幅度的下降，对印刷的质量效果产生一定的影响。经验证，本发明放弃限位开关控制的方法，在此基础之上增加电动烤杯机温度变化范围，设定参数规则，对模糊控制的输入论域，进行调整，来实时调整电机，从而达到良好的印刷效果。
6.2)与本发明相关的现有技术二：
7.现有技术及缺点:定时转速加限位的方法；
8.为达到电动烤杯机的精准控制，行业内有采用对电机转速计时的方法，结合限位开关的方法。通过对电机转速控制的过程中，通过定时器计时，来达到一个精准的控制，实现压力控制，并采用限位开关进行双重的控制。经验证，该方法在使用的过程中与现有技术一类似，同样也能完成印刷的工作，但是印刷质量效果没有达到理想效果。


技术实现要素：

9.本发明的目的就是为了能够解决上述这种电机控制的研究，提出了一种电动烤杯机印刷质量控制方法。该控制系统能够在电动烤杯机工作的时候，根据系统温度的实时变化范围来改变模糊规则的变化范围，根据温度的高低调节模糊规则的变化范围，从而能够实时的对无刷直流电机进行控制，可以对电机的控制更加精准、有效，大大提高了电动烤杯机的印刷质量问题。
10.本发明的技术方案如下：
11.一种电动烤杯机印刷质量控制系统，包括温度控制模块、电机驱动模块、单片机、限位开关及模糊控制器；
12.所述温度控制模块用于采集电动烤杯机工作时烤杯垫表面温度；
13.所述电机驱动模块用于电动烤杯机印刷压力的调整；
14.所述单片机用于主系统的控制；
15.所述限位开关用于控制电机最大压力限定值；
16.所述模糊控制器用于对无刷直流电机的控制，对电机进行正转和反转，转速的调整。
17.进一步的，所述温度控制模块采用ntc热敏电阻作为转感元件。
18.进一步的，所述单片机采用stm32f103rct6。
19.进一步的，所述无刷直流电机的正、反转，是通过两个继电器对两个三极管分别导通实现调节。
20.进一步的，所述中温度控制模块每50ms进行一次温度的采集。
21.一种电动烤杯机印刷质量控制方法，包括以下步骤：
22.1)以温度控制模块检测的实时温度与系统设定温度之差作为模糊控制器的输入变量，得出温度的差值te,其变化范围在[0-60]；
[0023]
2)确定系统初始的输入变量和输出变量的论域，其中温度误差te的论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},温度误差变化率的论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},电机的输出量论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3}，其中模糊控制的语言变量采用 {nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb}组成；
[0024]
3)确定系统的隶属度函数，温度输入变量和电机输出变量采用三角形的隶属度函数方法；
[0025]
4)建立模糊规则控制表；
[0026]
模糊规则如下：
[0027]
温度差值越大，转动圈数越大；温度差值适中，转动圈数适中；温度差值越小，转动圈数越小；如此刻温度差值在56摄氏度，处于一个温度较大的阶段，则对应输出电机转动圈数相应增大；同理则转动圈数减小。
[0028]
5)进行反模糊化，采用重心法来实现对系统的解模糊化，它的计算公式如下所示：
[0029][0030]
其中，μ(uj)为隶属度的加权系数，t＝1,2
…
,n；u为论域中的每个元素。
[0031]
6)划定温度变化范围数据[0-60]，以10为分界线，定义[1-6]的数组存入单片机中,作为调整参数与系统原有论域进行计算；如此刻工作温度与设定温度差值为23摄氏度，取出对应数组中的3作为参数，来对系统原有论域进行调整。
[0032]
7)将步骤1)得出的温度的差值te在定义范围内按照分界线要求取值，取出此刻温度变化的数据，送入模糊控制器进行参数调整；
[0033]
8)将温度变化的范围数据与模糊控制器中温度误差的论域进行依次累加，由此得到一组新的论域范围，用来控制无刷直流电机转动圈数的确定，实现无刷直流电机的控制与温度变化范围实时控制，达到更加好的印刷控制。
[0034]
进一步的，所述无刷直流电机转动控制，将之前确定的新论域用于pid控制中的k
p
，ki，kd的调节，以此调整无刷直流电机转动圈数的控制，从而达到对电动烤杯机杯子表面压力的调整；
[0035]
pid控制采用增量式pid控制，pid控制计算公式如下所示：
[0036]
δu(k)＝k
p
*δe(k)+kie(k)+kd[δe(k)-δe(k-1)]
[0037]
δe(k)为此刻偏差值，δe(k-1)为上一个时刻偏差，k
p
为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，δu(k)为输出量。
[0038]
与现有基于模糊控制的无刷直流电机控制技术相比，本发明的有益效果在于：
[0039]
本发明没有采用以往电机反馈的信号——转速和电流，而是以自身产品中温度的变化作为输入变量，可以根据将温度和压力的条件相结合控制，自动的获得调整电机的参数进行控制，进而达到更加良好的印刷效果。
附图说明
[0040]
图1为本发明的控制系统图；
[0041]
图2为本发明的隶属度函数分布图；
[0042]
图3为本发明的无刷直流电机正、反转控制原理图。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图，对本发明所述的和其它实施的技术特征和优点进行做出了更加详细的说明解释。
[0044]
本发明应用于电动烤杯机的控制系统中，主要是对无刷直流电机控制进行设计，对其自适应模糊控制提出改进。提出了一种以实际加热过程中温度变化差值作为输入量来对模糊控制中规则的论域进行实时范围调整，根据温度的变化范围实时调整论域的变化范围，调整电机转动工作状态，进而达到电动烤杯机更加好的印刷质量。本发明将温度变化参数与电机控制相结合进行调整，提供了对电动烤杯机具有良好印刷效果的控制方式。
[0045]
如图1所示，一种电动烤杯机印刷质量控制系统，包括温度控制，电机驱动模块，单片机，限位开关，模糊控制器。
[0046]
温度控制模块采用ntc热敏电阻作为转感元件，进行温度采集。
[0047]
电机控制用于夹紧烤杯垫与杯子，施加压力进行更好的转印图案。
[0048]
单片机采用stm32f103rct6芯片进行输出控制。
[0049]
限位开关用于限定烤杯垫夹紧杯子的极限位置。
[0050]
模糊控制器采用自适应模糊控制进行，通过根据温度变化范围实时调整输入变量参数进行控制。
[0051]
本发明中温度控制系统模块采用常规pid控制，以对整个设备的温度达到精准的控制，为设备的转印图案打下一定的基础，同时为后续整个系统电机的控制打下良好的基础，提供准确的参数变化。在此不做具体描述。
[0052]
上文所述ntc热敏电阻通过检测电动烤杯机工作时烤杯垫表面温度，与系统设定的温度进行比较计算,得出温度的差值te,其变化范围在[0-60]。
[0053]
对电机系统的输入量进行更换。采用更换电机控制系统的输入量，将转统电机控制的电机转速更改为温度差值的变化范围：
[0054]
确定系统初始的输入变量和输出变量的论域，其中温度误差te的论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},温度误差变化率的论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},电机的输出量论域为 {-3,-2,-1,0,1,2,3}，其中模糊控制的语言变量采用{nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb}组成。
[0055]
确定系统的隶属度函数，温度输入变量和电机输出变量采用三角形的隶属度函数方法。如图2所示。
[0056]
建立模糊规则控制表。如下表所示。
[0057][0058]
进行反模糊化，采用重心法来实现对系统的解模糊化，它的计算公式如下所示：
[0059][0060]
划定温度变化范围数据[0-60]，以10为分界线，定义[1-6]的数组存入单片机中,作为调整参数与系统原有论域进行计算。将之前温度检测之差的数据te与定义范围比较；取出此刻温度变化的数据，送入模糊控制器进行参数调整。
[0061]
将温度变化的范围数据与模糊控制器中温度误差的论域进行依次累加，由此得到一组新的论域范围，用来控制无刷直流电机的转动圈数的确定。
[0062]
无刷直流电机控制硬件图如图3所示。
[0063]
无刷直流电机通过两个继电器对电机的正反转进行有效的控制。
[0064]
继电器1和继电器2分别对应控制着无刷直流电机的正反转，通过对三极管的导通实现电机正转反转的实现。
[0065]
电机的转速控制通过pid控制pwm占空比来调整无刷直流电机转速的控制，从而达到对电动烤杯机杯子表面压力的调整。
[0066]
pid控制采用增量式pid控制，该方法能够使用较少的误差量来对输出参数进行有效的控制，以此达到一个较好的控制效果。
[0067]
pid控制计算公式如下所示：
[0068]
δu(k)＝k
p
*δe(k)+kie(k)+kd[δe(k)-δe(k-1)]
[0069]
电动烤杯机的控制系统具体流程如下：
[0070]
采用电动烤杯机印刷质量控制方法的电动烤杯机烤杯工作流程，具体工作原理分为以下步骤：
[0071]
步骤1)加热：
[0072]
控制系统通过电源对设备进行通电操作，温度加热至系统设定温度值，此时准备工作已经完成。
[0073]
步骤2)电机正转：
[0074]
电动烤杯机在通过位置限位开关感知有杯子放入后，由单片机控制电机开始正转工作，通过调节三极管q4导通，使继电器1通电；调节三极管q3截止，使继电器2失电，带动电机正转使烤杯垫夹紧放入的杯子，开始工作。
[0075]
步骤3)参数调整：
[0076]
电机工作之后，由于烤杯垫与放入的冷杯子表面直接接触，使得温度产生了大幅度的下降，将温度差值与定义的数组数据进行比较，通过实时调整模糊控制器的论域来控制电机。
[0077]
由于刚放入杯子，温度差值较大，因此需要重复步骤2)的动作，对电机进行正转的操作，加大杯子的受压情况。
[0078]
当经过一段时间之后，温度达到设定温度附件的时候。此时温度的差距基本为0，或为负数。此时经过数据调整之后，经模糊控制，调整电机进行反转操作，减小杯子受压情况。
[0079]
步骤4)电机反转：
[0080]
通过调节三极管q4截止，使继电器1失电；调节三极管q3导通，使继电器2通电，带动电机反转，使烤杯垫略微松开杯子工作。
[0081]
在计算差值范围的过程中，不能过于迅速的进行温度的采集计算，避免造成程序尚未执行完毕，新的数据已经产生的情况发生。在计算周期通过单片机控制，每50ms进行一次温度的采集计算。
[0082]
在一个印刷周期结束之后，进行步骤4)，使烤杯垫松开杯子，完成一次电动烤杯机印刷工作，取出设备中的杯子，一次循环制作。
[0083]
本发明通过将电动烤杯机的温度变化范围与直流无刷电机控制相结合，提出了一种新颖的控制方法，能够根据印刷杯子过程中，烤杯垫表面温度的变化范围实时调整电机正反转，从而调节杯子表面受压情况，进而达到更好的印刷效果。
[0084]
以上内容仅为本发明的优选实施例，对发明而言仅仅是说明性，对于本领域内的技术人员来说，本发明可以有多种更改和变化，在本发明思想和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。