CN102605573A

CN102605573A - 电子花样机高速运动的控制方法

Info

Publication number: CN102605573A
Application number: CN2012100981357A
Authority: CN
Inventors: 孙瑜
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology Changshu Research Institute Co Ltd
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology Changshu Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种电子花样机高速运动的控制方法，它在主轴伺服电机部件匀速运动的前提下，控制系统通过检测主轴电机的运动角度位置，来进一步控制X轴和Y轴的电机运动。采用ARM9+ARM7双处理器的方案，将花样信息的运算处理与控制分开，从而利于不同的控制器来实现各自的具体功能。ARM9依据其强大的数据处理功能，将花样数据运算处理完成后，通过串口线下发至ARM7，使得ARM7能依据花样的处理结果进行缝制控制。这种双处理器的控制方案，很好的节约了控制时间，提高了控制系统的性能和缝制速度，同时也能在不妨碍花样缝制的情况下，解放出ARM9处理器，从而能进行其他的操作。

Description

电子花样机高速运动的控制方法

技术领域

本发明属于数控技术领域领域，具体的涉及一种电子花样机高速运动的控制方法。

背景技术

电子花样机是箱包、鞋帽等生产过程中不可缺少的重要缝制设备，鉴于高速运动的情况，它采用的三轴协调运动控制方法直接影响此类电子花样机的性能指标。

在公开号为CN 1794561 A的专利中公开了一种电子花样机电机运动控制方法。它虽然实现了主轴电机的连续运行，但是由于花样的主轴速度随着针迹的不同都在变化，所以这样就很难实现电子花样机的高速平稳运行，同时也会因速度的变化带来机器的抖动等不良现象。另外，在步距小于0.33mm时的缝制速度可达3000针/分的技术指标没有实用意义。

在2006年中国科技杂志《武汉科技学院学报》的《富怡牌电脑绣花机工作原理》中讲述了一种半互斥的三轴协调控制方法。它同样采用类似的方法，在保持主轴伺服电机匀速运行的情况下，检测其主轴电机的角度，进一步控制绣框电机X轴和Y轴的运动。但是它是一体式的控制方式，没有将运算处理和控制相分离，使得控制系统不能实现运算和控制的并序运行，从而减缓了系统的速度，也降低了机器的性能。同时，800针/分的缝制速度，也不能很好地适应高速电子花样机运动的需求。

在公开号为CN 101519831A公开了一种电脑花样缝纫机运动控制方法，它虽然能够实现电子花样机的运动控制，也弥补了之前专利中所讲的不能高速平稳运行的不足，但是在连贯性的处理上，依然没有解决，过冲等现象会时有发生。

发明内容

1. 本发明所要解决的技术问题。

为了，也弥补了之前专利中所讲的不能高速平稳运行的不足，但是在连贯性的处理上，依然没有解决，过冲等现象会时有发生

2. 本发明解决上述问题的技术方案。

所以，鉴于之前电子花样机存在的各种不足，缝制速度低、高速运行不平稳等，本发明设计了一种全新的电子花样机高速运动控制方法，具体内容如下：

在主轴伺服系统匀速转动的情况下，电子花样机控制系统通过实时监测主轴伺服电机的转动角度，进一步控制X轴和Y轴的步进电机运动。

对于控制系统中所涉及到的主轴伺服电机速度和X轴、Y轴步进电机速度，本控制系统利用ARM9的良好高速运算性能，通过步距和用户设置的主轴速度，在考虑连贯性的原则下，首先确定全部针迹的主轴伺服速度，然后验证各个主轴速度所对应的X轴、Y轴步进电机频率，在确保合适的情况下，将主轴伺服电机的速度和X轴、Y轴的步进增量ΔX、ΔY通过串口线下送到ARM7，进而随后控制主轴电机和X轴、Y轴电机的运动。

ARM7控制系统在每针步进电机频率确定的情况下，通过速度优化，使X\Y轴步进电机不仅能够平稳运行，而且还能够进行加减速运动，实现步进电机的变速控制，达到最大程度的平稳运行。

另外，在主轴速度的计算上，我们从整体出来，鉴于连贯性的原则，设计了五步加速、四步减速等多个环节，使得主轴速度能够平稳性过渡，防止过冲等减缓机器性能的现象发生。

从双处理器方案的设计中可以看出，充分利用各个处理器的特点，使运算处理和控制分开，各司其职，达到了良好的控制效果。

本发明所涉及到的运动控制方法，是在开发电子花样机嵌入式控制平台的基础上设计和实现的。该控制系统由两部分组成：以S3C2410为核心的ARM9花样处理器和以ARM7TDMI为核心的机械控制处理器，它们之间以串口RS485连接。ARM9具有极高的集成度，并且根据系统的需要，涵盖了几乎全部的基本资源，像USB、Flash、RAM等；ARM7主要用于控制花样机的机械部分，包括绣花、绣框移动以及剪线等。

ARM9控制器运算处理功能大，它不仅包含各种控制单元，比如人机界面单元、参数的设置单元、花样的编辑及修改单元等，而且还有相应的功能模块，并将每一针以X方向和Y方向增量的形式表示并存储起来，通过串口线传送到ARM7控制单元。

ARM7主要完成主轴、X轴、Y轴的三轴协调控制。它通过串口RS485与ARM9相连，将花样的控制数据传递下来；对于主轴、X轴、Y轴的控制，主要是通过与之相连的功能部件，分别与主轴驱动器、X轴驱动器、Y轴驱动器相连，进而控制它们的运动动作。ARM7的运动控制采用未知检测协同运动的控制方法，它首先确保主轴伺服电机的匀速运动，然后有主轴编码器检测主轴运转的角度，依据X轴、Y轴的对应增量ΔX、ΔY给它们设置相应的脉冲，从而促使X轴、Y轴的步进电机运动，达到协调控制的目的。

3. 本发明解决上述问题的产生的有益效果。

本发明所描述的电子花样机高速运动的控制方法可以将转速提高到3200针/分，并且运行平稳、线迹美观、匀称，速度高、噪声小，而且此方法可以适用于当前的缝纫机、电脑绣花机以及电子花样机或者类似的工业缝纫机三轴协调的运动控制中。

附图说明

图1 本发明的电子花样机高速运动控制方法的硬件组成框图。

图2 本发明的电子花样机高速运动控制方法的电子花样运动控制原理示意图。

图3 本发明的电子花样机高速运动控制方法的步进电机慢速运动时ARM7对X/Y轴步进电机升降速控制曲线。

图4 本发明的电子花样机高速运动控制方法的步进电机快速运动时ARM7对X/Y轴步进电机升降速控制曲线。

图 5 本发明的电子花样机高速运动控制方法的主轴伺服电机变速运动示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施方法对本发明作进一步描述。

实施例

结合附图，我们对本发明所涉及到的电子花样机高速运动控制方法加以详述。

从图可以看出，本发明所涉及到的运动控制方法，是在开发电子花样机嵌入式控制平台的基础上设计和实现的。该控制系统由两部分组成：以S3C2410为核心的ARM9花样处理器和以ARM7TDMI为核心的机械控制处理器，它们之间以串口RS485连接。ARM9具有极高的集成度，是本发明的核心，也是本发明所提供方法实现的依托，里面有人机界面单元、花样的编辑和修改单元等；ARM7主要用于控制花样机的机械部分，包括绣花、绣框移动以及剪线等。整个系统负责整个系统的运行，实现了人机交互、系统的输入、文件管理、3轴（主轴、X轴、Y轴）协调运动的控制等。

微型计算机采用低功耗、嵌入式ARM9处理器，200MHZ CPU，64M SDRAM，5V DC电源；其上的64M Flash用于系统软件的存储以及系统运行过程中产生的各种数据文件等。它数据运算处理功能强大，主要负责对花样数据的运算，比如花样的编辑及修改，花样参数的设置等。由于ARM9对花样文件进行编译，根据用户设置的主轴速度及系统计算的主轴速度来决定主轴伺服电机以什么样的速度进行运转；同时根据每针的主轴速度验证X轴、Y轴的伺服电机频率，同时将X轴、Y轴方向的相应增量ΔX、ΔY下送到ARM7控制单元，完成花样的缝制。

ARM7主要是完成3轴（主轴、X轴、Y轴）的协调运动控制。它以ARM7TDMI为核心，电子花样机所需要的所有控制信号、输入信号、输出信号等均有此芯片产生。它通过RS485串口线与ARM9相连，以脉冲、方向控制为主的位置控制为主，既支持主轴的交流伺服驱动器，也支持X轴、Y轴的步进电机驱动器。

图2详细说明了本发明所涉及的运动控制方法。ARM7将主轴伺服电机的A送料开始角度位置和B送料终止角度位置的设定值值反馈到ARM7特定寄存器中。在缝制过程中，主轴伺服电机带动缝纫机针匀速运动，当随着图2中箭头所指的方向运行到A点时，此时的主轴电机编码值就会和ARM7相应寄存器的送料开始角度设定值相等，也即当前位置驱动X/Y轴步进电机开始送料。ARM7驱动步进电机加速，之后到达X/Y轴步进电机的运行速度Vx、Vy就匀速运行，之后步进电机降速直至为零。其中，Vx和Vy根据主轴伺服电机的速度和X/Y针距来进行调节（针距范围0.1mm~12.7mm）。

在电子花样机控制系统的设计过程中，只有很好的解决主轴交流伺服电机和X/Y轴步进电机之间的同步，才能有效的提高电子花样的运行速度，进而提高花样机的效率。在电子花样机运行的过程中，主轴伺服电机匀速转动，ARM7通过主轴的速度、允许送料的角度及终止送料角度等控制X/Y轴步进电机的脉冲频率。一般情况下，电子花样机都是要求步进电机的启动时间较短，运行速度也比较高，这样很容易造成丢步和过冲。比如，ARM7若以给定的速度启动步进电机，那么就会因为此时的速度超过极限启动频率而不能正常启动，而且速度越高，越容易丢步，甚至堵转；电机运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串，令其停止运转，则会由于惯性，电机转子会冲过平衡位置，若负载过大，还可能会造成过冲，造成缝制过程中机针停止位置的不准确。本发明所涉及到的方法中，ARM7控制X/Y轴步进电机加入对步进电机升降速的处理，有ARM7产生步进电机不同速度所需的时钟频率，实现步进电机的变速控制。如图3所示，ARM7对步进电机进行变速控制，就是改变脉冲的频率，升速时使脉冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐稀疏。至此，经过良好的运动控制，避免了丢步或者过冲的产生，从而也大大提高了电子花样机的速度和效率。

从图4可以看出，步进电机升速——匀速——降速的时间随着花样缝纫机运行速度的升高而缩短。

从图5可以看出，为了很好地保护主轴电机，是主轴电机每针所对应的速度平稳过渡，我们设计了一种很好的速度过渡方法，即在缝制开始前，我们加入主轴的五步加速，使主轴速度平稳上升；在缝制结束时，我们加入主轴电机的四步减速，使速度平稳下降。

综上，本发明对于花样缝制有很大的改进：

ARM9+ARM7的集合控制，可以将传统的工业计算机从复杂繁琐的控制中解放出来，进行数据处理和控制操作的分开处理，互不干扰，并行运算，可以很好的节省控制时间，大大提高花样缝制的效率。

整体性的速度运算，将所有的主轴速度协同运算，可以避免下层对速度连贯性的运算，有效地防止了因主轴速度变化过大造成的机械冲击。

通过对步进电机进行变频控制，实现速度的变速处理，通过加速、匀速和降速的运动，可以有效地防止过冲和丢步的产生，使缝制效果得到更好的提高。

经过在本项目上的证实，电子花样机的缝制速度完全可以实现高速处理，而且运行平稳、线迹美观、匀称，噪声小，在针距3mm时可以实现3200转/分的高速效果，完全可以满足当前国内外市场要求的电子花样机和缝纫机的高速运转。

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种电子花样机高速运动的控制方法，其特征在于：采用双控制器ARM7和ARM9，在主轴伺服系统匀速转动的情况下，实时监测主轴伺服电机的转动角度，进一步控制X轴和Y轴的步进电机运动。

2.根据权利要求1所述的电子花样机高速运动的控制方法，其特征在于：对所述的主轴伺服电机速度和X轴、Y轴步进电机速度， ARM9通过步距和用户设置的主轴速度，首先确定全部针迹的主轴伺服速度，然后验证各个主轴速度所对应的X轴、Y轴步进电机频率，最后将主轴伺服电机的速度和X轴、Y轴的步进增量ΔX、ΔY通过串口线下送到ARM7，进而随后控制主轴电机和X轴、Y轴电机的运动。

3.根据权利要求1所述的电子花样机高速运动的控制方法，其特征在于：ARM7控制系统在每针步进电机频率确定的情况下，通过速度优化，使X\Y轴步进电机平稳运行，并且控制加减速运动，实现步进电机的变速控制。

4.根据权利要求1所述的电子花样机高速运动的控制方法，其特征在于：在主轴速度采用五步加速、四步减速。