CN103092091B - 打开和随后关闭纱线喂给装置中纬纱制动器的方法和装置 - Google Patents

打开和随后关闭纱线喂给装置中纬纱制动器的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于打开和随后关闭纺织机的纱线喂给装置中的纬纱制动器的方法，在打开指令（t0）下，纱线喂给装置的制动器（20、23、24、26）的步进电动机（14）沿打开制动器的方向驱动，同时计算电动机的步数，直到制动器由于抵靠于行程止挡件（22）而停止为止，并存储在阻滞时达到的步数（打开步数）；并且在随后的关闭指令（t3）下，步进电动机沿关闭制动器的方向驱动与所存储的步数相等的步数。

Description

打开和随后关闭纱线喂给装置中纬纱制动器的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于打开和随后关闭纺织机或针织机的纱线喂给装置中电气纬纱制动器的方法，并且涉及适合于执行该方法的纱线喂给装置。
背景技术
在纺织机的技术领域中，并且更确切地在纱线喂给装置的领域中，已知存在制动系统，其中截锥形制动部件弹性地支承在筒式送料机中的轴向位置，从而由电动机以或大或小的压力来按压该筒式送料机，由此调节制动作用，使得由合适的下游传感器测得的作用在纱线上的平均张力与预期张力一致。例如在现有文献EP707102中披露了此种系统。
在上述调节系统中，对于控制目的来说，无需知道电动机的绝对位置(即，确定制动位置的滑块)，因为系统以相对的方式来调节位置：如果所测得的张力低于设定数值，电动机须沿制动方向(增大制动)运动，而只要所测得的张力高于所期望的张力，则电动机须沿相反方向运动。因此，可避免使用昂贵的绝对位置传感器，同时获得廉价且可靠的系统。在此种应用中，步进电动机或步进器是相当合适的，因为电动机能以充分精确的相对步进运动，而无需极其复杂的电子仪器。
然而，本领域技术人员应理解的是，例如在纱线喂给装置的最后穿纱过程中或者对于普通维护(清洁等等)来说，有时需要将制动器完全打开。然而，为了简化起见，上述系统并不包括用于手动打开制动器的设备：因此，通过(经由纺织机的手动按钮或控制台)来引导控制系统，以快速地移开制动器滑块而电气地实现完全打开：然后，控制系统操作电动机，使得滑块在短时间内沿制动器释放的方向行进完整行程，由此确保制动器完全打开。显然，由于行程长度被设定为其最大数值，支承制动部件的滑块将最终抵靠于机械止挡件，并且将导致仍处于供给电压下的电动机失速，而电动机仍徒劳地试图使电动机运动。
当使用者已完成打开制动器的工作时，滑块须再次闭合，从而其能够再次执行制动调节任务，以保持纱线输送中的恒定张力。然而，控制系统无法使滑动返回至制动器打开之前的位置，因为无法得知该位置。
缺少该信息的系统可使用若干策略中的一个，最显而易见的一个是使滑块回到标准的预定初始位置，而相信控制系统随后会将滑块带到合适的位置。然而，在某些应用中，重要的是，滑块会从其在制动器打开时所处的位置马上返回到制动位置，以避免在获得较佳张力调节之前的转换间隔过程中产生若干问题：这些问题来自于由于纺纱机急停而实际制造出的物件(衣服、袜子等等)中形成缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有控制系统的上述限制，并且可打开制动器且然后使其快速地返回至其初始位置，而无需改变控制系统的结构简化性和高度可靠性的需求。
更具体地说，本发明的目的是提供一种用于打开和关闭纱线喂给装置中制动器的方法和装置，制动器可通过该方法和装置而马上返回至其初始位置，而无需用于检测制动位置的复杂且昂贵的结构。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于打开和随后关闭纺织机的纱线喂给装置中的纬纱制动器的方法，其中，所述制动器由步进电动机驱动，其特点在于，在制动器打开指令下，所述步进电动机沿制动器打开方向步进，同时计算步数，直到所述制动器由于抵靠于限位止挡件停止为止，并存储在抵靠时达到的步数(打开步数)；并且在随后的关闭指令下，所述步进电动机沿制动器关闭方向步进与所存储的步数相等的步数，其中，通过感测所述步进电动机的转速变为零来检测所述制动器的停止，并且其中，在总电压的时间导数沿负方向超过预定阈值数值时，所述总电压的时间导数通过施加于所述步进电动机的相应相绕组的正弦电压的平方和计算而出。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于纺织机的纱线喂给装置的制动系统，所述制动系统包括纱线输送滚筒和制动器，所述制动器由微控制器所控制的步进电动机驱动，以便在接触所述滚筒的关闭位置和抵靠于限位止挡件的打开位置之间行进，其特点在于，对所述微控制器进行编程以实现：a)在接收制动器打开指令(打开)的情形下：使所述步进电动机沿制动器打开方向无限地步进；检测所述步进电动机何时由于所述制动器抵靠于所述限位止挡件而停止；计算电动机的步数并且存储在所述步进电动机被检测为停止时达到的步数(打开步数)；b)在随后接收制动器关闭指令(关闭)的情形下：使所述步进电动机沿制动器关闭方向步进与所存储的步数相等的步数，其中，为了检测所述步进电动机何时停止，对所述微控制器(MC)进行编程，以实现：通过公式持续地计算施加于所述步进电动机的总电压的数值，其中Va和Vb是施加于所述步进电动机的相应相绕组的相应正弦电压；持续地计算所述总电压数值的时间导数；在所述导数沿负方向超过预定阈值数值时，确定所述步进电动机已停止。
本发明的概念基本上在于对电动机从开始打开行程开始进行的步数进行计数，同时监测电动机的转动速度或者用于检测滑块已到达其打开行程末端并抵靠于限位止挡件时的其它参数。一旦检测出障碍，则将合计数目(至打开步数)存储在合适的变量或存储寄存器中。在随后的制动器关闭操作中，沿相反方向驱动电动机与所存储的打开步数精确相等的步数。通过该过程，滑块且由此制动器会放置在初始位置。
附图说明
现在将参见附图来描述本发明的较佳实施例，附图中：
图1是本发明方法可应用的纺织机的纱线喂给装置的纵剖视图；
图2是用于图1所示纱线喂给装置一部分的步进电动机的控制系统的总体电路图；
图3是示出由该系统调节的电动机模式的局部框图；以及
图4是用于理解本发明较佳实施例的操作的信号图集。
具体实施方式
参见图1，例如在上述EP707102中披露的纱线喂给装置的滚筒10承载在静止支承件12上，在该静止支承件12上还安装有步进电动机14；该电动机14经由行进螺母线性制动器16、18驱动滑块20，该滑块20可滑动地安装在静止支承件12上，使得该滑块将沿平行于滚筒10的轴线的方向运动。限位止挡件22对滑块沿远离滚筒的方向的行进进行限制。
滑块20具有与滚筒10同轴的环23，其中截锥形制动部件26借助径向弹簧24弹性地安装在滚筒10前方并且与滚筒10同轴的位置处。制动部件26是本身已知的并且适合于通过接触滚筒的倒圆前缘而与滚筒协作，从而制动作用施加在纱线28上，该纱线从滚筒退绕并且在沿着张力探测器30运动的同时朝向纺织机(未示出)行进。
步进器控制系统(在图1中未示出，并且在下文进行描述)基于来自于探测器30的张力信号来控制电动机14，使得滑块20并且由此使得制动部件26定位成对于滚筒施加制动压力，从而使得平均纱线张力保持所期望的预设数值。在现有文献EP2031106和EP1314806中披露了实施该调节的方式。
现在参见图2，Pha是驱动图1所示制动器的双极步进电动机的两相绕组中的一个。
步进器的相绕组Pha通过H桥PDa供给，该H桥包括四个金氧半场效晶体管(MOSFET)Q1、Q2、Q3、Q4，这些晶体管以已知的方式由门驱动器GDa所提供的信号G1、G2、G3、G4驱动，而门驱动器还由控制信号Pwma1、Pwma2、Pwma3、Pwma4驱动。这些控制信号根据本领域已知的传统方式由微控制器MC产生。H桥PDa连接在供给电压Vbus和地线之间，以驱动相绕组(本身已知的)，从而确保绕组中的满电流可逆性。
对于本领域技术人员显而易见的是，步进器还具有第二相绕组Phb(图2中未示出)，并且该第二相绕组类似地如上所述由第二H桥PDb(未示出)驱动。这最终由微控制器MC产生的第二组信号Pwmb1、Pwmb2、Pwmb3、Pwmb4(在图2中也未示出)管理。
微控制器MC还能够经由通过手动按钮或控制台指令的输入打开和关闭来接收相应的制动器打开和快速关闭指令。为了控制电动机并且确定电动机何时停止，根据较佳实施例，分别从H桥PDa和PDb通过诸如Ra的相应电阻器得到两个信号Iameas和Ibmeas。信号Iameas和Ibmeas以及母线电压Vbus一起在包含于微控制器中的模数转换器或未示出的其它A/D转换器中被转换成数字信号之后输入至微控制器。
参见图3，现在解释上述信号Iameas和Ibmeas如何用于控制步进器。此外，为了简化起见仅仅考虑步进电动机的相绕组Pha。从参考电流Iref中减去桥接线路上测得的电流Iameas，由此获得误差电流Ierr,在较佳的PI(比例+积分)补偿器Ca中进行处理，产生电压信号Va，即该电压在施加于电动机的相绕组Pha时会抵消所述误差。信号Va然后施加于框块Diva，在此该信号由H桥PDa的供给电压Vbus分割，由此获得确定驱动电动机的PWM信号的脉冲宽度的工作周期Duty。
类似地对于电动机的相绕组Phb产生信号Vb，而这不进行单独地描述。
对于本领域技术人员已知的是，信号Iaref由控制系统所改变，以致使90°异相并且所具有的频率与所期望步数成比例的两个正弦电流(根据电动机的所谓微步驱动)流过电动机的相绕组Pha或Phb。因此，在电动机14的运动过程中，由于电动机的两相绕组的电气参数(电阻、电感和反电动势常量)的构成是相同的，两个电压信号Va和Vb也会是90°异相并且具有基本上相等幅度的两个正弦电压。因此，在任何情形中，可通过相电压Va和Vb的平方和来计算施加于电动机的电压Vamp的总体大小：
应理解的是，在电动机14使制动器滑块20移动时，在电动机被阻滞时，上述电压数值会高于控制系统所施加的电压数值，因为滑动已到达行程末端。在前一情形中，除了电阻和电感下降以外，Va还须克服电动机的反电动势；在后一情形中，在电动机被阻滞时，此种贡献减小为零，使得上述数值会降低。
假定在瞬时t0时，控制系统接收制动器全打开的指令，电动机14致动并且滑块20开始远离滚筒10、即沿不制动的方向运动。同时，该系统持续地计算以下信号，这些信号的时间图在图4中示出：
打开步数：电动机进行的步数并且存储在微控制器MC中；
Vamp：根据上文所示的公式(1)施加于电动机的等效电压；
dVamp/dt：Vamp的时间导数。
为了确定电动机已停止或已失速，将Vamp(dVamp/dt)的时间导数与预定负阈值DerThr进行比较。只要该时间导数超过沿负方向的该阈值，如图中的瞬时t1所示，这指示出由于电动机已被阻滞使得反电动势已消失。然后，在瞬时t2时，微控制器停止驱动电动机，且该系统等待随后的重新定位指令，而这会在瞬时t3时发生。在瞬时t3开始，电动机会沿相反方向被驱动(即，制动器朝向滚筒运动)与所存储的打开步数相等的步数。换言之，如图4所示，变量打开步数会在沿相反方向获得的每个步数处衰减，直到在瞬时t4时所述变量到达零为止。
基于上文给出指示，对用于实际上执行上述无传感器致动打开/关闭技术的微控制器进行编程无需任何特殊的策略，而是落在本领域技术人员的平均技能内。本领域技术人员会理解的是，上述无传感器技术尽管具有简易的实施方式，但仍能够提供有效且可重复的结果。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，上述技术并非是仅有的可行实施例，而是实际上可使用步进电动机的任何无传感器控制技术，或者类似地永磁体电动机(步进电动机的模式例如与无刷电动机的模式相同)。因此，通过采用所述技术，总是可检测转子的速度和/或位置，并且可简单地通过所检测出的速度为零或者小于预定数值而推断出电动机失速。然而，上述较佳实施例通常比其它技术便宜，通常采用这些技术以尽可能精确地获得电动机的位置和/或速度，并且因此使用更为精密的算法和功率更大且更昂贵的微控制器。

Claims (3)

1.一种用于打开和随后关闭纺织机的纱线喂给装置中的纬纱制动器的方法，其中，所述制动器由步进电动机驱动，其特征在于，在制动器打开指令(t0)下，所述步进电动机(14)沿制动器打开方向步进，同时计算步数，直到所述制动器(20、23、24、26)由于抵靠于限位止挡件(22)停止为止，并存储在抵靠时(t1)达到的步数(打开步数)；并且在随后的关闭指令(t3)下，所述步进电动机沿制动器关闭方向步进与所存储的步数相等的步数，
其中，通过感测所述步进电动机(14)的转速变为零来检测所述制动器的停止，并且
其中，在总电压(Vamp)的时间导数沿负方向超过预定阈值数值(DerThr)时，所述步进电动机速度确定是零，所述总电压的时间导数通过施加于所述步进电动机(14)的相应相绕组Pha、Phb的正弦电压Va、Vb的平方和计算而出，其中所述正弦电压Va、Vb是90°异相。
2.一种用于纺织机的纱线喂给装置的制动系统，所述制动系统包括纱线输送滚筒(10)和制动器(20、23、24、26)，所述制动器由微控制器(MC)所控制的步进电动机(14)驱动，以便在接触所述滚筒的关闭位置和抵靠于限位止挡件(22)的打开位置之间行进，其特征在于，对所述微控制器(MC)进行编程以实现：
a)在接收制动器打开指令(打开)的情形下：
使所述步进电动机(14)沿制动器打开方向无限地步进；
检测所述步进电动机何时由于所述制动器抵靠于所述限位止挡件(22)而停止；
计算电动机的步数并且存储在所述步进电动机被检测为停止时达到的步数(打开步数)；
b)在随后接收制动器关闭指令(关闭)的情形下：
使所述步进电动机沿制动器关闭方向步进与所存储的步数相等的步数，
其中，为了检测所述步进电动机何时停止，对所述微控制器(MC)进行编程，以实现：
通过公式持续地计算施加于所述步进电动机的总电压(Vamp)的数值，其中Va和Vb是施加于所述步进电动机(14)的相应相绕组Pha、Phb的相应正弦电压且90°异相；
持续地计算所述总电压数值的时间导数(dVamp/dt)；
在所述导数沿负方向超过预定阈值数值(DerThr)时，确定所述步进电动机已停止。
3.如权利要求2所述的制动系统，其特征在于，还对所述微控制器(MC)进行编程，以在所述步进电动机(14)已停止之后，停止驱动所述步进电动机(14)。
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