本文通過對伺服系統各個組成進行分析，并對噴繪機工藝及原理進行研究，設計了一套噴繪機伺服控制系統。系統中通過單片機控制器對噴印速度和位置進行跟蹤控制，并且選用速度控制方式實現對伺服電機運動的控制，從而利用了伺服電機系統自帶控制模型，實現了噴印過程中變速、勻速運動的平穩性滿足了噴繪機系統關于位置控制精確度的要求，性能優越的伺服控制系統保證了噴頭的運動平穩性及準確性，同時也提高了噴繪機設備在市場上的競爭力。
1.引言
噴繪機是利用電腦技術，將圖像設計與精密噴頭控制技術和機電自動化技術相結合的高科技產品，傳統的滾筒結構噴繪機工作時，小車帶噴頭左右移動，同時滾筒帶動材料向前移動，能在燈箱布，車身貼，無涂層卷材等廣告材料上噴上色彩絢麗的圖案目前噴繪機的送布電機和小車板電機主要采用苴流伺服電機和交流伺服電機。但隨著產品的升級，客戶在噴繪機高速能力，過載能力等方向提出更高的要求，特別是噴繪機越來越多出口歐美的需要，直流伺服驅動方案已經不能滿足某些客戶要求，適應這種需要，我們開發了新的永磁交流伺服驅動系統(驅動器Acs806+電機AcM602V36)來滿足客戶的這種較高需求。本文重點論述用于3.2m幅面，8噴頭的噴繪機交流伺服驅動系統的原理及特點。
噴繪機按幅面可分為兩種：大幅面噴繪機和超大幅面噴繪機大幅面噴繪機其幅寬在一米左右，利用染料性（DyEbaseD）墨水噴繪，分辨率較高（可達600-1000DPI），可噴繪至高光相紙產生相片效果。但由于受油墨性能限制，產品不防水、不防紫外線，必須后期覆膜或涂層，適用于效果圖及小樣等。超大幅面噴繪機的幅寬在3米以上，它利用顏料性（PIGMENTbaseD）油墨噴繪，主要面對戶外巨幅廣告市場，分辨率能滿足戶外要求（通常24-70DPI即可完全滿足戶外需求）。由于采用的噴繪技術及油墨的不同，對承印物的要求也不同。有些噴繪機限定承印物品牌及類型，有些不限定。有些噴繪機要求后期涂層，有些噴繪機的產品可直接應用于戶外。另外，由于顏料油墨與染料油墨的色域不同，顏料油墨的色域比染料油墨的色域要窄得多，故采用顏料油墨的超大幅面噴繪機對色彩的真實再現性在一段時期內還達不到小型寫真機的水平。
伺服系統是自動控制系統的重要組成部分，它的性能優劣直接決定與影響著自動控制系統的快速性、穩定性和精確性，機、電、液的組合成為目前工業自動化的主要技術基礎。伺服控制系統用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。在很多情況下，伺服系統專指被控制量（系統的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統，其作用是使輸出的機械位移（或轉角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉角）。伺服系統的結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。伺服系統的主要任務是按照控制命令要求，對信號進行變換、調控和功率放大等處理，使驅動裝置輸出的轉矩、速度及位置都能靈活方便的控制。由于伺服電機響應快，速度高，并且定位精度高的特點。所以很多廣告客戶最終選擇噴繪。為迎合國內市場，部分生產廠家開始在引進國外先進技術的基礎上研發生產自主品牌的噴繪機。
2.噴繪機工藝
電腦雕刻機和噴繪機都是大型噴墨打印機。噴繪機按工作原理可分為固體噴墨和液體噴墨兩種，當今主流的噴墨打印機為液體噴繪機打印機。電腦雕刻噴墨方式可分為雕刻機氣泡式與液體壓電式。氣泡技術是通過加熱噴嘴，使墨水產生氣泡，噴到打印介質上的。墨水在高溫下易發生化學變化，性質不穩定，所以打出的色彩真實性就會受到一定程度的影響；另一方面由于印花機墨水是通過氣泡噴出的，刻字機墨水微粒的方向性與體積大小不好掌握，寫真機打印線條邊緣容易參差不齊，一定程度的影響了打印質量。壓電式噴墨技術，墨水是由一個和熱感應式噴墨技術類似的噴嘴所噴出，但是墨滴的形成方式是藉由縮小墨水噴出的電腦雕刻機區域來形成。而噴出區域的縮小，是藉由施加電壓到噴出區內一個或多個壓電板來控制的。由于微壓電打印頭技術是利用晶體加壓時放電的特性，在常溫狀態下穩定的將墨水噴出。它有著對墨滴控制能力強的特點，容易實現1440dpi的高精度打印質量，且微壓電噴墨時無需加熱，噴繪機墨水就不會因受熱而發生化學變化，故大大降低了對墨水的要求。
噴繪機是運用一種鳴PZT的半導體壓電晶體資料，在它上面制造一系列的極微細小的通道，再由它發生的機械效應將墨點激射而出。在PZT的出產入程中，它經由極性化處置：物料的原子電荷被強行按指定的方向排列。這是一個非常要害的特性，因為當外接電場效應附加在經由極性化的資料上時，依據它的方向定義，它會令PZT發生一個物理性的變形，而就是這種現像，授于了一個噴射的才能。送布電機要求能夠正反轉，進布和退布速度保持平穩，在停機時自動鎖死，防止布滑落。小車板電機要求在移動過程中穩定無振動，小車板靜止時保持力度足夠大。
對于噴頭軸和進布軸伺服性能的要求主要是伺服系統有較高的動態響應及較高的定位精度。全數字交流伺服驅動器有著高速度頻率響應，具有共振抑制功能，可以精確調諧，消除震動；控制精度可以達到1個脈沖，最大的輸入頻率可以達到250Kpps，這都很好的保證了進布軸所需驅動的要求。對于主軸伺服要求有快速的啟停特性和穩定的速度控制，全數字交流伺服驅動器具有開放式的參數調整接口，可以根據用戶的使用情況進行參數的設置。
3.噴繪機原理
3.1驅動器
伺服驅動器一般可以采用位置、速度和力矩三種控制方式，主要應用于高精度的定位系統，目前是傳動技術的高端。編碼器（encoder）是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。
驅動器是一個驅動放大元件，只是把上位機（如運動控制卡）發來的一些信號進行放大，以致使電機可以運轉起來。MAC系列運動控制卡是基于總線的電機運動控制卡。采用專用控制芯片為核心器件，輸入輸出信號均為光電隔離，可與各種類型的步進電機驅動器連接，驅動步進電機，構成高精度位置控制系統或調速系統。可與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機界面的管理和其它管理工作；而控制卡負責運動控制方面的所有細節。用戶通過我們提供的動態鏈接庫可方便快速的開發出自己需要的運動控制功能。圖2為伺服驅動器結構圖。
3.2PC總線
放開式系統動態控制器的核心是DSP，它具有運算速度快，支持復雜運動算法的特點，可以滿足高精度運動控制的要求，因此，以DSP為核心的多軸動態控制卡越來越廣泛地應用在運動控制系統中，將多軸動態控制卡插在PC機擴展槽上，就可以組成高精度運動控制系統，位置反饋信號的采集、閉環控制計算及控制量的輸出均由動態控制卡完成，極大的提高了運算速度和控制響應速度，將工控機的資源從煩瑣的數據采集和計算中解決出來，從而可以更好的實施整個控制系統的管理。
3.3運動控制卡
運動控制卡是一種上位控制單元，可以控制伺服電機，是基于PC總線，利用高性能微處理器（如DSP）及大規模可編程器件實現多個伺服電機的多軸協調控制的一種高性能的步進/伺服電機運動控制卡包括脈沖輸出、脈沖計數、數字輸入、數字輸出、D/A輸出等功能，它可以發出連續的、高頻率的脈沖串，通過改變發出脈沖的頻率來控制電機的速度，改變發出脈沖的數量來控制電機的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。運動控制卡不僅要發送脈沖給電機驅動器，同時接受伺服電機編碼器反饋的脈沖數，還接受光柵尺反饋信號，進而控制伺服電機的轉速。伺服驅動器既要與運動控制卡有數據線連接，其本身還要連接插座電源。
3.4編碼器
編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區和不透光區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”。
4.伺服控制系統設計
自動控制系統對伺服電機的基本要求：
（1）無“自轉”現象。即要求控制電機在有控制信號時迅速轉動，而當控制信號消失時立即停止轉動，控制信號消失后，電機仍然轉動的現象稱為自轉，自動控制系統不允許有“自轉”現象。
（2）空載始動電壓低。電機空載時，轉子從靜止到連續轉動的最小控制電壓稱為始動電壓，始動電壓越小，電機的靈敏度越高。
（3）具有線性的機械特性和調節特性。線性的機械特性和調節特性有利于提高系統的控制精度，能在寬廣的范圍內平滑穩定地調速。
（4）快速響應性好。即要求電機的機電時間常數要小，堵轉轉矩要大，轉動慣量要小，轉速能隨控制電壓的變化而迅速變化。
機電一體化的伺服控制系統的結構，類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統一般包括控制器、被控對象、執行環節、檢測環節、比較環節等五部分。
比較環節：比較環節是將輸入的指令信號與系統的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環節，通常由專門的電路或計算機來實現。
控制器：控制器通常是計算機或PID控制電路，其主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控制執行元件按要求動作。
執行環節：執行環節的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉化成機械能，驅動被控對象工作。機電一體化系統中的執行元件一般指各種電機或液壓，氣動伺服機構等。
被控對象：機械參數量包括位移，速度，加速度，力，和力矩為被控對象。
檢測環節：檢測環節是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環節所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉換電路。
5.結論
本文設計的伺服控制系統性能優越保證了噴頭的運動平穩性及準確性。在運行效果上完全可以和進口伺服系統媲美，在性價比上具有較高的優越性。此噴繪機充分結合了伺服的響應快、定位精確、運行平穩等優點。經過客戶的試用，噴繪出來的圖案都符合客戶要求，各項指標都達到要求，同時還提高了生產效率，使客戶達到最大滿意度。此設備向客戶充分展示了伺服控制系統的優勢，同時也提高了噴繪機設備在市場上的競爭力。
