复印机碳粉供应控制系统设计与实现

发布时间：2020-06-04 08:14

【摘要】：数字产品快速发展,办公室自动化全力推广,复印机设备变成人们工作和生活中不可或缺的产品。在激光复印机领域,国外技术垄断,国内技术薄弱,国外产品占领了国内市场的大部分份额,发展复印机技术具有很大的经济效益。近几年,国家强调信息安全并大力支持办公室设备的国产化发展,大力推进办公设备的国产化可以有效地保护国民的信息安全。本课题针对我单位的激光复印机控制系统研制项目,为提高复印质量,进行了相关的研究。论文详细论述了复印机的工作和成像原理,针对双组份复印机,分析了显影剂混合仓内碳粉总量控制对提高复印机质量的重要性,构建了碳粉总量控制的数学模型,设计实现了一种基于预测控制的碳粉供应控制系统,保证碳粉浓度的稳定值,提高复印质量。碳粉供应控制系统具有大时滞、非线性等特点,难以建立其精确的数学模型;预测控制是一种利用被控系统过去时刻的输入输出信息预测系统未来时刻的行为动作的先进控制方法,由于不依赖于精确的数学模型,弥补了由于模型不够精确导致控制效果不准确的缺陷,并且预测控制滚动优化和反馈校正的特点使其具有很强的鲁棒性和抗干扰能力,因此适合用于碳粉供应系统。根据复印机显影结构建立了碳粉供应数学模型,基于该模型设计了碳粉供应控制广义预测控制器,通过离线仿真实验验证了广义预测控制方法求解碳粉供应控制问题的有效性。基于复印机控制系统的总体设计要求,提出了基于FPGA的Nios Ⅱ双核系统的实现方案,充分利用FPGA的高运算性能和并行计算特性,以及SoPC系统软件开发简单、软件代码容易编写、开发周期短等优点。详细讨论了基于Nios Ⅱ双核的硬件系统设计,包括Nios Ⅱ CPU处理器和标准IP核配置、Nios Ⅱ处理器间数据通信方案设计以及系统软件设计等。为了提高系统的运算性能,讨论了预测控制算法中的基本运算的FPGA硬件实现,以及如何将逻辑模块与Avalon总线模块融合,使逻辑模块变成真正的硬件加速器集成到双核系统中,并在软件程序中被调用。为验证基于FPGA的Nios Ⅱ双核的碳粉供应预测控制系统的有效性和实时性,在实际的复印机上进行了实验测试。实验结果表明,本文设计的复印机碳粉供应控制系统具有良好的控制效果,相比于软件代码实现的预测控制算法,系统的运算速度大约提高了7.3倍左右。
【图文】：

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然后由于电场作用，显影剂混合仓内的碳粉被吸附到显影辊表面上，将潜影图像变成可见的碳粉图像，显影仓内的碳粉量减少。图3.1 显影装置图 3.2 给出了 TCR 传感器检测到的碳粉浓度变化行为，检测是在没有碳粉补充和碳粉消耗情况下进行的。图中碳粉 TC 值按周期进行变化，这是因为搅拌结构导致的，在进行碳粉供应控制过程中，检测显影仓内碳粉浓度值时应该采用周期内的最大值。

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西安电子科技大学硕士学位论文12图3.2 碳粉浓度 TC 值变化图由以上分析过程可得，碳粉供应控制系统是一个两输入单输出的系统，输入量u和v 分别表示碳粉供应补给量和碳粉消耗量，输出量 y 表示 TCR 传感器检测到的碳粉浓度值，如图 3.3 所示。碳粉供应系统碳粉消耗量v碳粉补给量u碳粉浓度值y图3.3 碳粉供应控制系统3.1.2 模型建立打印作业时，碳粉被吸附到硒鼓上形成碳粉图像，此时显影仓内的碳粉量减少，导致传感器检测出来的浓度值减少。为了维持碳粉浓度值是一个固定值，就需要即时进行碳粉补充。采样 k 时刻的碳粉总量可由如式(3-1)的差分方程表示：tm( k 1) tm( k ) masdis ( k ) masdev ( k)(3-1)式中，，k 是采样周期，以传输一页纸的时间作为采样周期；tm( k )表示采样时刻时显影仓内碳粉的质量； masdis ( k )表示采样时刻时碳粉瓶补充的碳粉质量；masdev ( k )表示在采样时刻
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP334.8;TP273

【参考文献】