CN108528069A - 自动调整打印机电机参数的方法及打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动调整打印机电机参数的方法及系统，其包括以下步骤：设定默认控制参数；在PI控制参数控制下驱动电机转动固定的距离，定时器启动，电机带动打印介质的托盘水平运动，等待定时器中断；定时器中断发生时，根据电机动作状况判断是否需要优化PI控制参数；若判断结果为否，则确定现有PI控制参数；若断结果为是，则优化PI控制参数，并返回等待下次中断。

Description

自动调整打印机电机参数的方法及打印机

技术领域

本发明涉及打印领域，具体涉及自动调整打印机电机参数的方法及打印机。

背景技术

在常用打印机中，通常用直流电机来驱动承载打印介质的托盘，为了保证打印画像质量，需要将托盘搬送到精确的打印位置。

与步进电机不同，直流电机的转动距离很难做到精确控制。一般采用PI(比例积分)控制或者PID(比例积分微分)控制来实现高精度的控制。简单来说，PI控制或者PID控制是不断地根据当前的转动距离与目标值的误差，通过一定的算法来调整电机的输出电流，直到电机转动距离达到目标值。

以PI控制理论来说，控制方法需要用到两个控制参数，也即通常所说的PI控制参数：比例系数(P Gain)和积分系数(I Gain)。PI控制参数是根据电机工作环境，反复测试后得出的最优值。合适的控制参数可以加速控制过程，不合适的控制参数会导致控制过程效率低下，甚至会出现在目标位置附近的振荡，控制过程无法顺利结束。

在传统的纸张打印中，不同纸张的重量差距不大，纸张托盘也较为固定，因此，通常采用固定的PI控制参数(P Gain和I Gain)控制直流电机。然而，随着打印需求的多元化发展，打印介质越来越种类繁多，在不同的打印作业中，尤其是T-Shirt等纺织品的打印作业中，由于不同尺寸的托盘重量不同，而且不同打印介质的重量也有差异，直流电机的工作环境(负载)会发生变化。如果使用固定的PI控制参数(P Gain和I Gain),对于不同的负载就达不到精确控制的要求，当工作环境发生变化时，P Gain和I Gain需要重新调整，才能满足精度要求。

目前的直流电机的PI控制处理中，P Gain和I Gain都是固定的常数。当打印介质和托盘发生变化时，固定的控制参数不再适用，为了将托盘搬送到目标位置，需要花很长的时间去不断调整电机的输出，严重影响打印速度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种自动调整打印机电机参数的方法和系统。在每次打印前根据当前的负载情况自动的将P Gain和I Gain调整成合适的值，提高打印速度。

根据本发明的一个方面，提供一种自动调整打印机电机参数的方法，包括：

步骤一，设定默认控制参数，默认控制参数包括：初始PI控制参数、定时器中断时间和/或电机输出功率；

步骤二，在当前PI控制参数控制下驱动电机转动固定的距离，定时器启动，电机带动打印介质的托盘水平运动，等待定时器中断；

步骤三，定时器中断发生时，根据电机动作状况判断是否需要优化PI控制参数，电机动作状况包括：电机动作合格或电机动作不良；

步骤四，若步骤三中判断结果为否，则将当前PI控制参数确定为此次打印作业的PI控制参数；

步骤五，若步骤三中判断结果为是，则优化PI控制参数，并返回步骤二。

根据本发明的方法，在每次打印前根据当前的负载情况自动的将P Gain和I Gain调整成合适的值，提高打印速度。

其中，步骤三进一步包括：

判断PI控制是否超过预设最大时间的步骤，

判断托盘是否到达目标位置的步骤，以及

调整电机输出电流的步骤；

当PI控制未超过预设最大时间并且托盘没有到达目标位置时，记录电机当前的动作参数，其中动作参数包括：托盘的当前位置、PI控制参数、输入电流以及电机转速，并根据托盘的实际位置与目标位置的距离，重新计算并调整电机输出电流，返回步骤二等待定时器中断；

当托盘到达目标位置，或者托盘水平运动超过预设最大时间时，PI控制结束，停止电机，计算托盘的实际运动时间，通过判断实际运动时间是否超过预设阈值判断电机动作状况。

进一步地，步骤一中，还包括建立状态参数与PI控制参数的映射关系的步骤；在步骤五中，根据电机当前状态参数查找与PI控制参数的映射关系，优化PI控制参数；其中，状态参数包括：托盘的实际位置与目标位置的距离、托盘的实际运动时间以及当前电机功率。

进一步地，根据当前状态参数优化PI控制参数的步骤中，采用二分法优化参数PGain和/或I Gain，这样能够比较快速地得到合理的控制参数值。

根据本发明的一个方面，提供一种打印机，包含能够自动调整打印机电机参数的系统，包括：

默认控制参数设置单元，默认控制参数包括：初始PI控制参数、定时器中断时间和/或电机输出功率；

定时中断单元，定时中断单元定时中断电机工作；

PI控制单元，PI控制单元控制打印机在当前PI控制参数控制下转动，带动打印介质的托盘水平运动；

参数优化判断单元，在定时器中断发生时，参数优化判断单元根据电机动作状况判断是否需要优化PI控制参数，电机动作状况包括：电机动作合格或电机动作不良；

参数确定单元，参数优化判断单元判断结果为否，则将当前PI控制参数确定为此次打印作业的PI控制参数；

参数优化单元，参数优化判断单元判断结果为是，则优化PI控制参数，并将优化后的PI控制参数反馈给PI控制单元。

进一步地，参数优化判断单元进一步包括：

时间判断模块，振荡时间判断模块判断PI控制是否超过预设最大时间，

位置判断模块，位置判断模块判断托盘是否到达目标位置，以及

电流调整模块，电流调整模块调整电机输出电流；

当时间判断模块和位置判断模块的判断结果均为否时，电机当前的动作参数被记录，其中动作参数包括：托盘的当前位置、PI控制参数、输入电流以及电机转速，电流调整模块根据托盘的实际位置与目标位置的距离，重新计算并调整电机输出电流，并给PI控制启动单元发送信号，等待定时器再次中断；

当时间判断模块或位置判断模块的判断结果为是时，PI控制结束，停止电机，计算托盘的实际运动时间，通过判断实际运动时间是否超过预设阈值判断电机动作状况。

进一步地，还包括映射单元，映射单元建立状态参数与PI控制参数的映射关系，其中，状态参数包括：托盘的实际位置与目标位置的距离、托盘的实际运动时间以及当前电机功率；当需要优化PI控制参数时，根据当前状态参数查找与PI控制参数的映射关系，优化PI控制参数，并将优化后的PI控制参数反馈给PI控制单元。

进一步地，在参数优化单元中，采用二分法优化参数P Gain和/或I Gain，这样能够比较快速地得到合理的控制参数值。

本发明能够实现在打印过程中，硬件的零部件更换，或者改造后，能够迅速地、准确地确定出新的电机控制参数。在打印的时候，可以依据不同的打印工作的需求，自动地预测并调整到合适的电机控制参数，以获取到最优的打印速度。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的打印机电机及外围结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的自动调整打印机电机参数的方法流程图。

图3是根据本发明的一个实施例的自动调整打印机电机参数的系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。

根据本发明的一个实施例的打印机电机及外围结构如图1所示，包括传动装置1、直流电机2、编码器3以及传感器4。其中传动装置1由传动齿轮和皮带组成，在电机驱动下带动打印介质的托盘做水平运动。直流电机2在程序控制下做顺时针或逆时针转动，输入电流的大小可以控制转速的快慢。编码器3在电机驱动下转动，边缘有高精度(4800dpi)的光栅图像。传感器4：将编码器光栅信号转换成电信号。

根据本发明的一个实施例的自动调整打印机电机参数的系统如图3所示。该系统可以包括：默认控制参数设置单元，映射单元(图中未示出)，定时中断单元，PI控制单元，参数优化判断单元，参数优化单元以及参数确定单元。

其中，默认控制参数设置单元用于设置控制参数，包括：初始PI控制参数、定时器中断时间和/或电机输出功率。映射单元用于建立状态参数与PI控制参数的映射关系，其中，状态参数包括：托盘的实际位置与目标位置的距离、托盘的实际运动时间以及当前电机功率。定时中断单元，定时中断单元在预设时间后中断电机工作。PI控制单元，PI控制单元控制打印机在PI控制参数控制下转动，带动打印介质的托盘水平运动，直到到达目标位置。参数优化判断单元，在定时器中断发生时，参数优化判断单元根据电机动作状况判断是否需要优化PI控制参数。参数确定单元，若不需要优化，则确定现有PI控制参数，开始打印。参数优化单元，若需要优化PI控制参数，则根据当前状态参数查找与PI控制参数的映射关系，优化PI控制参数，并将优化后的PI控制参数反馈给PI控制单元。

其中，参数优化判断单元进一步包括：振荡时间判断模块，用于判断PI控制是否超过预设最大时间，位置判断模块，用于判断托盘是否到达目标位置，以及电流调整模块，用于调整电机输出电流。

当PI控制未超过预设最大时间并且托盘没有到达目标位置时，电机当前的动作参数被记录，其中动作参数包括：托盘的当前位置、PI控制参数、输入电流以及电机转速，电流调整模块根据托盘的实际位置与目标位置的距离，重新计算并调整电机输出电流，并给PI控制启动单元发送信号，等待定时器再次中断。当托盘到达目标位置，或者托盘水平运动超过预设最大时间时，PI控制结束，停止电机，计算托盘的实际运动时间，通过判断实际运动时间是否超过预设阈值判断是否需要优化PI控制参数。

根据本发明的一个实施例的自动调整打印机电机参数的方法流程如图2所示。

首先，设定默认控制参数(步骤S201)，其中控制参数可以包括：初始PI控制参数、定时器中断时间和/或电机输出功率等；也可以包括其他必要参数；同时建立状态参数与PI控制参数(P Gain和I Gain)的映射关系，其中，状态参数包括：托盘的实际位置与目标位置的距离、托盘的实际运动时间以及当前电机功率等。该映射关系可以被保存为函数关系表的形式，也可以被保存为其他合适的形式。

驱动直流电机2转动固定的距离，带动打印介质的托盘做水平运动(步骤S202)，启动定时器，在本实施例中，定时器预设为1ms，可选择的，在其他实施例中，根据不同需求，定时器也可设为其他合适的值。在当前PI参数控制下，直流电机带动打印介质的托盘移动一定距离后，开始围绕目标位置往复振荡，直到到达目标位置。

等待定时器中断发生，在等待期间保持电机工作电流输入(步骤S203)。

1ms定时器中断发生时，判断PI控制时间是否超过预设最大时间T1(步骤S204)。

当PI控制未超过预设最大时间T1时(步骤S204处为否)，接着判断托盘是否到达目标位置(步骤S205)，根据编码器3的信息计算当前位置与目标位置的偏差。当判断托盘没有到达目标位置(步骤S205处为否)时，记录电机当前的动作参数(步骤S2051)，其中动作参数包括：托盘的当前位置、PI控制参数、输入电流以及电机转速，并根据编码器3的信息计算得到的当前位置与目标位置的偏差值重新计算并调整电机输出电流(步骤S2052)，返回步骤S203，等待定时器中断。

当托盘到达目标位置(步骤S205处为是)，或者当前PI控制下的托盘水平运动超过预设最大时间T1时(步骤S204处为是)，PI控制结束，停止电机，计算托盘的实际运动时间(步骤S206)。

判断实际运动时间是否超过预设阈值T2(在本实施例中，T2≤T1)(步骤S207)。

若托盘最终未达到目标位置(此时实际运动时间必然超过预设阈值T2)，或者到达目标位置但实际运动时间超过预设阈值T2，代表电机动作不良，则根据托盘当前位置与目标位置的偏差值、托盘振荡时间以及电机功率等查找与PI控制参数的映射关系，优化PI控制参数(步骤S209)。在本发明的实施例中，优选地，采用二分法优化参数P Gain和/或IGain。得到优化的PI控制参数后，返回步骤S202，在新的PI参数下重新执行，控制电机动作。如此循环操作，直到实际运动时间低于预设阈值T2，代表电机动作合格，则可确定现有PI控制参数为合理的PI控制参数，开始打印(步骤S208)。

在本实施例中，在步骤S209中，不同于目前常规的参数调节算法——循环优化法，而是采用二分法逐步逼近，找到最优PI参数值。传统循环优化方法通过遍历所有的状态参数与PI控制参数的映射关系查找最优值，方法精确度高，但是过程比较繁琐。在本发明的实施例中，采用二分法优化参数P Gain和/或I Gain，可以比较快速的得到合理的控制参数值，获得最优打印速度。

上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化，均应归属于本发明专利涵盖范围。

Claims (8)

1.一种自动调整打印机电机参数的方法，其特征在于，包括：

步骤一，设定默认控制参数，所述默认控制参数包括：初始PI控制参数、定时器中断时间和/或电机输出功率；

步骤二，在当前PI控制参数控制下驱动电机转动固定的距离，定时器启动，电机带动打印介质的托盘水平运动，等待定时器中断；

步骤三，定时器中断发生时，根据电机动作状况判断是否需要优化PI控制参数，所述电机动作状况包括：电机动作合格或电机动作不良；

步骤四，若步骤三中判断结果为否，则将当前PI控制参数确定为此次打印作业的PI控制参数；

步骤五，若步骤三中判断结果为是，则优化PI控制参数，并返回步骤二。

2.根据权利要求1所述的自动调整打印机电机参数的方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：

判断PI控制是否超过预设最大时间的步骤，

判断所述托盘是否到达目标位置的步骤，以及

调整电机输出电流的步骤；

当PI控制未超过预设最大时间并且所述托盘没有到达目标位置时，记录电机当前的动作参数，其中所述动作参数包括：所述托盘的当前位置、PI控制参数、输入电流以及电机转速，并根据所述托盘的实际位置与目标位置的距离，重新计算并调整电机输出电流，返回步骤二等待定时器中断；

当所述托盘到达目标位置，或者托盘水平运动超过预设最大时间时，PI控制结束，停止电机，计算所述托盘的实际运动时间，通过判断实际运动时间是否超过预设阈值判断电机动作状况。

3.根据权利要求1所述的自动调整打印机电机参数的方法，其特征在于，所述步骤一中，还包括建立状态参数与PI控制参数的映射关系的步骤；在所述步骤五中，根据电机当前状态参数查找与PI控制参数的映射关系，优化PI控制参数；其中，所述状态参数包括：托盘的实际位置与目标位置的距离、托盘的实际运动时间以及当前电机功率。

4.根据权利要求3所述的自动调整打印机电机参数的方法，其特征在于，所述根据当前状态参数优化PI控制参数的步骤中，采用二分法优化参数P Gain和/或I Gain。

5.一种打印机，其特征在于，所述打印机包括自动调整打印机电机参数的系统，包括：

默认控制参数设置单元，所述默认控制参数包括：初始PI控制参数、定时器中断时间和/或电机输出功率；

定时中断单元，所述定时中断单元定时中断电机工作；

PI控制单元，所述PI控制单元控制打印机在当前PI控制参数控制下转动，带动打印介质的托盘水平运动；

参数优化判断单元，在定时器中断发生时，所述参数优化判断单元根据电机动作状况判断是否需要优化PI控制参数，所述电机动作状况包括：电机动作合格或电机动作不良；

参数确定单元，参数优化判断单元判断结果为否，则将当前PI控制参数确定为此次打印作业的PI控制参数；

参数优化单元，参数优化判断单元判断结果为是，则优化PI控制参数，并将优化后的PI控制参数反馈给PI控制单元。

6.根据权利要求5所述的打印机，其特征在于，参数优化判断单元进一步包括：

时间判断模块，所述振荡时间判断模块判断PI控制是否超过预设最大时间，

位置判断模块，所述位置判断模块判断所述托盘是否到达目标位置，以及

电流调整模块，所述电流调整模块调整电机输出电流；

当所述时间判断模块和所述位置判断模块的判断结果均为否时，电机当前的动作参数被记录，其中所述动作参数包括：所述托盘的当前位置、PI控制参数、输入电流以及电机转速，所述电流调整模块根据所述托盘的实际位置与目标位置的距离，重新计算并调整电机输出电流，并给PI控制启动单元发送信号，等待定时器再次中断；

当所述时间判断模块或所述位置判断模块的判断结果为是时，PI控制结束，停止电机，计算所述托盘的实际运动时间，通过判断实际运动时间是否超过预设阈值判断电机动作状况。

7.根据权利要求5所述的打印机，其特征在于，还包括映射单元，所述映射单元建立状态参数与PI控制参数的映射关系，其中，所述状态参数包括：托盘的实际位置与目标位置的距离、托盘的实际运动时间以及当前电机功率；当需要优化PI控制参数时，根据当前状态参数查找与PI控制参数的映射关系，优化PI控制参数，并将优化后的PI控制参数反馈给PI控制单元。

8.根据权利要求7所述的打印机，其特征在于，在所述参数优化单元中，采用二分法优化参数P Gain和/或I Gain。