CN100349374C - 电子花样机电机运动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子花样机电机运动控制方法，用于电子花样机多轴电机系统的协同控制。该方法包括下述步骤：1)各轴回零点后，主轴Z伺服电机以初始速度从零点位置(1)开始运动；2)当控制系统监测到主轴Z伺服电机运动到B位置(2)时，系统根据本次X轴步进电机、Y轴步进电机所移动的最大步距自动调节主轴Z伺服电机从B位置(2)→零点位置(1)运动速度，步距范围为0.1mm～12.7mm；3)当控制系统监测主轴Z伺服电机到达零点位置(1)时，改变主轴Z伺服电机的速度，速度的切换时间不超过1ms；4)重复步骤2、步骤3动作直到缝完最后一针。由于本发明方法实现了无停止的速度切换，使缝制的平均速度从现有技术的600～800针/分提高至2000针/分。

Description

电子花样机电机运动控制方法
技术领域
本发明涉及一种电子花样机控制方法，特别是电子花样机的电机运动控制方法。
背景技术
电子花样机是典型的采用三轴联动方式的高速工业缝制装备，其三维电机协同运动控制方法主要有两种，即全互斥插补协同运动控制方法和半互斥位置监测协同运动控制方法。
全互斥插补协同运动控制方法。文献“数控高速高精度运动控制方法研究，汤志斌、唐小琦、李斌，《设计与研究》2003年第3期”介绍了一种采用多轴插补来控制多轴机构协同运动的控制方法，这种方法最明显的优点是缝制针迹均匀；但存在的缺点是主轴在缝制过程中重复启停，对机械冲击力大、噪音大，缝制平均速度只能达600针/分。
文献“富怡牌电脑绣花机工作原理，赵延雯、吴世林、方晓初，《武汉科技学院学报》2000.6 12卷第6期”介绍了一种半互斥位置监测协同运动控制方法。该控制方法是主轴Z伺服电机在缝制过程中匀速运动，控制系统时刻监视主轴Z伺服电机的角度来控制带动压布框的X轴步进电机和Y轴步进电机运动，其优点是避免了主轴Z伺服电机在缝制过程中重复启停，对机械冲击力小、噪音小，缺点是主轴Z伺服电机的运动速度受限于X轴、Y轴步进电机运动，缝制平均速度也只能到达800针/分，而且会出现缝制针迹不均匀现象。
发明内容
为了克服现有技术缝制速度低的不足，本发明提供一种电子花样机电机运动控制方法。在与现有技术同等硬件条件下，缝制速度提高了2倍多，并且可保证针迹均匀。
本发明解决上述技术问题所采用的方法主要包括下述步骤：
1)各轴回零点后，主轴Z伺服电机以初始速度从零点位置1开始运动；
2)当控制系统监测到主轴Z伺服电机运动到B位置2时，系统根据本次X轴步进电机、Y轴步进电机所移动的最大步距自动调节主轴Z伺服电机从B位置2→零点位置1的运动速度，步距范围为0.1mm～12.7mm；
3)当控制系统监测主轴Z伺服电机到达零点位置1时，改变主轴Z伺服电机的速度，速度的切换时间不超过1ms；
4)重复步骤2、步骤3动作直到缝完最后一针。
本发明的有益效果是：由于本发明方法实现了无停止的速度切换，使主轴Z伺服电机的运动不受限于X轴步进电机、Y轴步进电机的运动，将缝制的平均速度从现有技术的600～800针/分提高至2000针/分，在步距小于0.3mm时的最大缝制速度可以达到3000针/分。另外，该方法还具有“速度-针距”的自适应性特点，保证了缝制花样针迹的均匀。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明电子花样机电机运动控制方法三维电机协同运动过程示意图
图2是本发明电子花样机电机运动控制方法流程图
图3是本发明电子花样机电机运动控制方法缝制一条曲线时三个轴的运动轨迹
图中，1-零点位置；2-B位置；3-布料；Dmax代表一针缝制数据中X轴步进电机、Y轴步进电机所移动的最大步距。
具体实施方式
参照图1～3，初始参数如表1所示，设计中将主轴Z伺服电机的一个运动周期分为两个阶段：第一阶段中X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴伺服电机同时运动，但主轴Z伺服电机速度受X轴步进电机、Y轴步进电机限制；另一阶段中主轴Z伺服电机运动不受X轴步进电机、Y轴步进电机限制。另，这两个阶段切换时不用中断主轴Z伺服电机运动，且切换时间不超过1ms，可大大提高缝制速度。将主轴Z伺服电机的运动分为：针在布料3之下，即零点位置1→B位置2和针在布料3之上，即B位置2→零点位置1。控制方法描述如下：
1、起始时各轴回零点后，主轴Z伺服电机以初始速度从零点位置1开始运动。
2、当控制系统监测到主轴Z伺服电机运动到B位置2时，系统根据本次X轴步进电机、Y轴步进电机所移动的最大步距自动调节主轴Z伺服电机从B位置2→零点位置1运动速度，步距范围为0.1mm～12.7mm。这个速度有两个特点，它既要能保证针头运动到零点位置1时X轴步进电机、Y轴步进电机已经运动结束，同时也要使从B位置2→零点位置1速度尽可能快。该段运动时间记为T21。
3、当控制系统监测主轴Z伺服电机到达零点位置1时，改变主轴Z伺服电机的速度，从零点位置1→B位置2这一段速度是根据用户选择的缝制速度来决定的。假设用户设定速度对应缝制一针时间为T，从零点位置1→B位置2的距离为D12，那么，从零点位置1→B位置2的运动速度V12＝D12/(T-T21)，速度的切换不超过1ms，该段主轴Z伺服电机运动不受限于X轴步进电机、Y轴的运动步进电机。
4、重复步骤2、步骤3动作直到缝完最后一针。
从图3可以看出，主轴Z伺服电机从零点位置1以较高的速度V12运动，在零点位置1→B位置2阶段，X轴步进电机、Y轴步进电机保持不动，主轴Z伺服电机运动D12距离后到达B位置2。这一阶段主轴Z伺服电机的运动速度不受X轴步进电机、Y轴步进电机运动限制。
在B位置2处控制系统计算X轴步进电机、Y轴步进电机移动的最大步距，Dmax＝max{DX，DY}，根据Dmax从表2中选择适当的速度V21改变主轴Z伺服电机运动，速度改变过程中主轴Z伺服电机不会将速度减到0，且切换时间小于1ms，相对机械运动所需时间而言可以忽略不计。
主轴Z伺服电机在B位置2处以V21开始运动的同时X轴步进电机、Y轴步进电机也开始运动，当主轴Z伺服电机以V21运动到零点位置1时，X轴步进电机、Y轴步进电机已运动结束，可以保证针迹均匀。
回到零点位置1后恢复速度V12重复以上动作直到结束。
表1初始参数
    初始最大速度(p/ms)     加减速时间(ms)
伺服电机Z     100000     1
步进电机X     10000     40
步进电机Y     10000     40
运动过程中V21的分档选择
表2根据步距调整V21
  Dmax(0.1mm)   0～1.1   1.1～30   30～40   40～60   60～90  90～127
  V21(p/s)   313715.0   57869.7   40116.7   40920.1   33411.1  27799.7
本方法在实际应用中有以下两个特点：
1、动态速度调整可保证缝制动作的正确性
缝制过程中，为了保证X轴步进电机、Y轴步进电机二维平面运动的正确性，控制系统可根据X轴步进电机、Y轴步进电机运动距离(即针距)的大小自动调节主轴Z伺服电机速度，从而保证在主轴Z伺服电机从B位置2→零点位置1运动区间内X轴步进电机、Y轴步进电机能够完成该针的运动。
2、无间断速度切换可提高缝制的速度
如前所述，主轴Z伺服电机在一个运动周期的两个不同阶段间切换时不需先转入静止状态，而是直接由当前速度动态加速或减速至目标速度，因此缩短了加减速时间，提高了速度。
根据不同花样缝制，测得用时如表3。
表3缝制不同花样使用的时间
步距(mm)   针数(针)     设定最大缝制速度(针/分)   时间(s)     实际缝制速度(针/分)
0.1   100     3000   2.1     2857
0.1   170     3000   3.8     2684
3   60     2000   2.0     1800
3   170     2000   5.8     1750

Claims (1)

1.一种电子花样机电机运动控制方法，包括下述步骤：
1)各轴回零点后，主轴Z伺服电机以初始速度从零点位置(1)开始运动；
2)当控制系统监测到主轴Z伺服电机运动到B位置(2)时，系统根据本次X轴步进电机、Y轴步进电机所移动的最大步距自动调节主轴Z伺服电机从B位置(2)→零点位置(1)运动速度，步距范围为0.1mm～12.7mm；
3)当控制系统监测主轴Z伺服电机到达零点位置(1)时，改变主轴Z伺服电机的速度，速度的切换时间不超过1ms；
4)重复步骤2、步骤3动作直到缝完最后一针。
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