CN103088538A - 一种全电脑横机的起底板控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全电脑横机的起底板控制系统及方法，控制系统包括上位机，驱动器，力矩电机，传动装置及起底板；上位机从记忆芯片中读取起底板重力，并根据布片设定拉力，通过内置算法自动计算得出力矩电机旋转方向及工作电压，并发送命令给驱动器，由驱动器向力矩电机输出相应的电压值及旋转方向，力矩电机执行命令输出力矩给传动装置，得出：传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。本发明由于未使用平衡铁块，是采用力矩电机直接控制起底板升降，所以节约了空间与成本，回避了当前力矩控制方案下小力矩输出，保证了起底板对布片拉力的线性输出。

Description

一种全电脑横机的起底板控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种全电脑横机，特别涉及一种全电脑横机的起底板控制系统及方法。

背景技术

传统使用平衡铁块的起底板控制系统组成为：是以力矩电机为动力的传动轮1、滑轮2、皮带3、平衡铁块4及起底板5等几个部件组成，图1就表示了这种控制系统的原理，即这个系统用安装一块与起底板5等重的平衡铁块4的方法，根据力学原理来消除起底板在工作时因起底板自身重力对布片所产生的拉力，这样一来力矩电机输出力矩转换到皮带上所产生的拉力就是起底板对布片的拉力。

上述控制方式的优点：在控制力矩电机进行拉布时，不用考虑起底板重力问题，控制方法简单。

但上述控制方式也存在有缺点：1，安装平衡铁块带来成本增加；2，平衡铁块会在机器上占用很大的一个空间；3，起底板的拉力输出值线性差。

发明内容

本发明克服了上述现有技术中存在的不足，提供了一种无平衡铁块，节约成本、空间，提高起底板控制精度的控制系统及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种全电脑横机的起底板控制系统，包括上位机，用以设定各种参数并控制整个系统运转；驱动器，用以接收上位机的控制指令并传递工作电压及旋转方向至力矩电机；力矩电机，用以输出力矩至传动装置；传动装置，用以连接起底板并根据力矩电机的输出力矩对起底板的升降进行控制；起底板，用以连接布片并为布片起底时提供拉力；本系统中，传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。

作为优选，所述的传动装置包括第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一滑轮、第二滑轮，第一传动轮与第一滑轮之间通过第一皮带相连，第二传动轮与第二滑轮之间通过第二皮带相连，第一传动轮、第二传动轮、第四传动轮之间通过传动轴相连，第四传动轮与第三传动轮之间通过链条传动，第三传动轮与力矩电机的输出轴相连；起底板的两端分别绑在第一皮带、第二皮带上。

一种全电脑横机的起底板的控制方法，包括下述步骤：上位机从记忆芯片中读取起底板重力，并根据布片设定拉力，通过内置算法自动计算得出力矩电机旋转方向及工作电压，并发送命令给驱动器，由驱动器向力矩电机输出相应的电压值及旋转方向，力矩电机执行命令输出力矩给传动装置，得出：传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。

作为优选，所述的传动装置包括第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一滑轮、第二滑轮，第一传动轮与第一滑轮之间通过第一皮带相连，第二传动轮与第二滑轮之间通过第二皮带相连，第一传动轮、第二传动轮、第四传动轮之间通过传动轴相连，第四传动轮与第三传动轮之间通过链条传动，第三传动轮与力矩电机的输出轴相连；起底板的两端分别绑在第一皮带、第二皮带上。

作为优选，上位机对力矩电机的具体控制过程是这样的：

已知：

力矩电机的内部减速比为K；

第一滑轮、第二滑轮的半径为R1、R2；

第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮的半径分别为r1、r2、r3、r4；其中，R1=R2=r1=r2=r4；

起底板质量为M；

力矩电机的传动效率为L；

力矩电机工作电压为U，U=t×|Dm|+b；Dm为力矩电机转子输出力矩；力矩电机在零转速时输出力矩与电压的关系在数轴上近似表现为一条直线，从力矩电机生产厂家提供的力矩电机给定电压、转速、输出力矩图上得出两个在零转速时给定电压与输出力矩的对应关系点，并通过这两个关系点分别对应的U和Dm值和公式U=t×|Dm|+b，得出参数t和b的值；

求当布片设定拉力为F时，所需的力矩电机输出电压及旋转方向；

解：

设起底板的两端绑定在第一皮带、第二皮带靠外侧的这根皮带上，设以拉布方向为正方向，即与起底板重力方向相同，此时力矩电机的转动方向为逆时针旋转；

根据传动原理：

力矩电机经过内部减速后的输出力矩Do=K×Dm，即Do为力矩电机输出轴的输出力矩；

力矩电机在经过一级传动后在传动轴上的输出力矩Dt=Do×(r4/r3)；

因为R1=R2=r1=r2=r4，第一滑轮与第二滑轮可视为一个滑轮，第一皮带与第二皮带可视为一个皮带；

所以滑轮对皮带的输出力矩Dp=Dt=Do×(r4/r3)；

所以皮带对起底板的拉力Fp=Dp/R1=Do×(r4/r3)/R1，Fp亦为传动装置对起底板的拉力；

布片设定拉力F=M×g-Fp=M×g-Do×(r4/r3)/R1=M×g-｛K×Dm×(r4/r3)/R1｝；

计算得出力矩电机转子输出力矩 $\mathrm{Dm}=\frac{(M\×g-F)\×R1\×r3}{r4\×k};$

当Dm值大于零时，力矩电机为顺时针方向旋转，Dm值为负时，力矩电机为逆时针方向旋转；

再根据Dm的值计算出力矩电机输出电压U=t×|Dm|+b；

如考虑电机在工作中的损耗，则布片设定拉力F=M×g-Fp×L=M×g-Do×(r4/r3)/R1×L=M×g-｛K×Dm×(r4/r3)/R1｝×L；

由上计算得出力矩电机转子输出力矩 $\mathrm{Dm}=\frac{(M\×g-F)\×R1\×r3}{r4\×k\×70\%};$

采用了上述技术方案的本发明的有益效果是：

本发明采用了无平衡铁块的起底板控制系统，平衡铁块的拉力，可以通过力矩电机及传动装置产生，在没有平衡铁块的情况下，力矩电机通过传动装置产生一个与起底板重力方向相反的力，同样可以克服起底板因为本身重力所产生的对布片的拉力。

在本发明无平衡铁块的起底板控制系统中，当布片所需拉力小于起底板重力时，传动装置给出一个与起底板重力方向相反的力；当布片所需拉力等于起底板重力时，传动装置放空；当布片所需拉力大于起底板重力时，传动装置给出一个与起底板重力方向相同的力矩。

本发明由于未使用平衡铁块，所以节约了空间与成本，回避了当前力矩控制方案下小力矩输出，保证了起底板对布片拉力的线性输出。本发明无平衡铁块的起底板控制技术，在成本、空间、可靠性上都比有平衡铁块的起底板控制技术上有好的表现，是未来起底板控制技术的发展方向。

附图说明

图1为现有技术在中起底板控制系统的原理示意图；

图2为本发明起底板控制系统的控制流程图；

图3为本发明实施例中起底板控制系统的结构示意图；

图4为本发明力矩电机输出电压与输出力矩在数轴上的对应关系图；

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例：一种全电脑横机的起底板控制系统，如图2所示，包括上位机，用以设定各种参数并控制整个系统运转；驱动器，用以接收上位机的控制指令并传递工作电压及旋转方向至力矩电机；力矩电机，用以输出力矩至传动装置；传动装置，用以连接起底板并根据力矩电机的输出力矩对起底板的升降进行控制；起底板，用以连接布片并为布片起底时提供拉力；本系统中，传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。

如图3所示，所述的传动装置包括第一传动轮1、第二传动轮2、第三传动轮3、第四传动轮4、第一滑轮5、第二滑轮6，第一传动轮1与第一滑轮5之间通过第一皮带7相连，第二传动轮2与第二滑轮6之间通过第二皮带8相连，第一传动轮1、第二传动轮2、第四传动轮4之间通过传动轴9相连，第四传动轮4与第三传动轮3之间通过链条10传动，第三传动轮3与力矩电机11的输出轴相连；起底板12的两端分别绑在第一皮带7、第二皮带8靠外侧的这根皮带上。

上位机从记忆芯片中读取起底板重力，并根据布片设定拉力，通过内置算法自动计算得出力矩电机旋转方向及工作电压，并发送命令给驱动器，由驱动器向力矩电机输出相应的电压值及旋转方向，力矩电机执行命令输出力矩给传动装置，得出：传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。

具体过程以5TK40GN力矩电机为例进行说明：

力矩电机的内部减速比K为20；

第一滑轮5、第二滑轮6的半径R1、R2为6cm；

第一传动轮1、第二传动轮2、第四传动轮4的半径分别为r1、r2、r4；其中，R1=R2=r1=r2=r4=6cm；第三传动轮3的半径为r3=3cm；

起底板质量为15Kg；

力矩电机的传动效率L为70%；

力矩电机工作电压为U，U=t×|Dm|+b；Dm为力矩电机转子输出力矩；力矩电机在零转速时输出力矩与电压的关系在数轴上近似表现为一条直线，从力矩电机生产厂家提供的力矩电机给定电压、转速、输出力矩图上得出两个在零转速时给定电压与输出力矩的对应关系点，并通过这两个关系点分别对应的U和Dm值和公式U=t×|Dm|+b，得出参数t和b的值；如本例中电机厂家给定参数中电机在零转速的时候，如图4所示，当给定电压U为120V时输出力矩Dm为0.6N·M；当给定电压U为80V时输出力矩Dm为0.16N·M，则得出t为80，b为72；公式U=80×|Dm|+72；

求当布片设定拉力为F时，所需的力矩电机输出电压及旋转方向；

解：

设以拉布方向为正方向，即与起底板重力方向相同，此时力矩电机的转动方向为逆时针旋转；

根据传动原理：

力矩电机经过内部减速后的输出力矩Do=K×Dm，即Do为力矩电机输出轴的输出力矩；

力矩电机在经过一级传动后在传动轴上的输出力矩Dt=Do×(r4/r3)；

因为R1=R2=r1=r2=r4，第一滑轮与第二滑轮可视为一个滑轮，第一皮带与第二皮带可视为一个皮带；

所以滑轮对皮带的输出力矩Dp=Dt=Do×(r4/r3)；

所以皮带对起底板的拉力Fp=Dp/R1=Do×(r4/r3)/R1，Fp亦为传动装置对起底板的拉力；

考虑力矩电机在工作中的损耗，则布片设定拉力F=M×g-Fp×L=M×g-Do×(r4/r3)/R1×L=M×g-｛K×Dm×(r4/r3)/R1｝×L；

由上计算得出力矩电机转子输出力矩

Dm值为负时，力矩电机为逆时针方向旋转(由图3中从右向左方向看)，绑定起底板的这根皮带向下运动，与起底板重力方向相同，拉布方向为正方向；反之，当Dm值大于零时，力矩电机为顺时针方向旋转。Dm数值前的正负号仅代表旋转方向。

再根据Dm的值计算出力矩电机输出电压U=80×Dm+72=96V。

Claims (5)

1.一种全电脑横机的起底板控制系统，其特征是：包括上位机，用以设定各种参数并控制整个系统运转；驱动器，用以接收上位机的控制指令并传递工作电压及旋转方向至力矩电机；力矩电机，用以输出力矩至传动装置；传动装置，用以连接起底板并根据力矩电机的输出力矩对起底板的升降进行控制；起底板，用以连接布片并为布片起底时提供拉力；本系统中，传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。

2.根据权利要求1所述的一种全电脑横机的起底板控制系统，其特征是：所述的传动装置包括第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一滑轮、第二滑轮，第一传动轮与第一滑轮之间通过第一皮带相连，第二传动轮与第二滑轮之间通过第二皮带相连，第一传动轮、第二传动轮、第四传动轮之间通过传动轴相连，第四传动轮与第三传动轮之间通过链条传动，第三传动轮与力矩电机的输出轴相连；起底板的两端分别绑在第一皮带、第二皮带上。

3.一种全电脑横机的起底板的控制方法，其特征是：上位机从记忆芯片中读取起底板重力，并根据布片设定拉力，通过内置算法自动计算得出力矩电机旋转方向及工作电压，并发送命令给驱动器，由驱动器向力矩电机输出相应的电压值及旋转方向，力矩电机执行命令输出力矩给传动装置，得出：传动装置对起底板的拉力=起底板重力-布片设定拉力。

4.根据权利要求3所述的一种全电脑横机的起底板的控制方法，其特征是：所述的传动装置包括第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一滑轮、第二滑轮，第一传动轮与第一滑轮之间通过第一皮带相连，第二传动轮与第二滑轮之间通过第二皮带相连，第一传动轮、第二传动轮、第四传动轮之间通过传动轴相连，第四传动轮与第三传动轮之间通过链条传动，第三传动轮与力矩电机的输出轴相连；起底板的两端分别绑在第一皮带、第二皮带上。

5.根据权利要求4所述的一种全电脑横机的起底板的控制方法，其特征是：

上位机对力矩电机的具体控制过程是这样的：

已知：

力矩电机的内部减速比为K；

第一滑轮、第二滑轮的半径为R1、R2；

第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮的半径分别为r1、r2、r3、r4；其中，R1=R2=r1=r2=r4；

起底板质量为M；

力矩电机的传动效率为L；

力矩电机工作电压为U，U=t×|Dm|+b；Dm为力矩电机转子输出力矩；力矩电机在零转速时输出力矩与电压的关系在数轴上近似表现为一条直线，从力矩电机生产厂家提供的力矩电机给定电压、转速、输出力矩图上得出两个在零转速时给定电压与输出力矩的对应关系点，并通过这两个关系点分别对应的U和Dm值和公式U=t×|Dm|+b，得出参数t和b的值；

求当布片设定拉力为F时，所需的力矩电机输出电压及旋转方向；

解：

设起底板的两端绑定在第一皮带、第二皮带靠外侧的这根皮带上，设以拉布方向为正方向，即与起底板重力方向相同，此时力矩电机的转动方向为逆时针旋转；

根据传动原理：

力矩电机经过内部减速后的输出力矩Do=K×Dm，即Do为力矩电机输出轴的输出力矩；

力矩电机在经过一级传动后在传动轴上的输出力矩Dt=Do×(r4/r3)；

因为R1=R2=r1=r2=r4，第一滑轮与第二滑轮可视为一个滑轮，第一皮带与第二皮带可视为一个皮带；

所以滑轮对皮带的输出力矩Dp=Dt=Do×(r4/r3)；

所以皮带对起底板的拉力Fp=Dp/R1=Do×(r4/r3)/R1，Fp亦为传动装置对起底板的拉力；

布片设定拉力F=M×g-Fp=M×g-Do×(r4/r3)/R1=M×g-｛K×Dm×(r4/r3)/R1｝；

计算得出力矩电机转子输出力矩 $\mathrm{Dm}=\frac{(M\×g-F)\×R1\×r3}{r4\×k};$

当Dm值大于零时，力矩电机为顺时针方向旋转，Dm值为负时，力矩电机为逆时针方向旋转；

再根据Dm的值计算出力矩电机输出电压U=t×|Dm|+b；

如考虑力矩电机在工作中的损耗，则布片设定拉力F=M×g-Fp×L=M×g-Do×(r4/r3)/R1×L=M×g-｛K×Dm×(r4/r3)/R1｝×L；

由上计算得出力矩电机转子输出力矩 $\mathrm{Dm}=\frac{(M\×g-F)\×R1\×r3}{r4\×k\×70\%}.$

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