CN103268126A - 一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统及方法，该系统包括：上位机模块，人机交互模块，控制模块，功率模块与伺服电机，上位机模块向控制模块发送导纱器将要到达的位置；控制模块计算出导纱器位置的变化值及与其对应的编码信号的变化量，然后输出PWM信号；功率模块将PWM信号转换生成UVW三相信号，并控制伺服电机转动；伺服电机带动机械传动装置使导纱器移动，同时电机编码器不断的反馈编码信号到控制模块，当控制模块接收到的编码信号变化值达到设定值时，导纱器即到达了它要到达的位置，控制模块也就停止发送PWM信号，此时伺服电机被锁定，同时导纱器停止运动。本发明具有实时控制导纱器的移动以及快速响应导纱器移动的优点。

Description

一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及全自动电脑横机技术领域，尤其涉及一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统及方法。

背景技术

传统的导纱器运动控制系统是由纱嘴电磁铁和机头配合完成实现的，导纱器安装在纱嘴导轨上，纱嘴电磁铁安装在机头上，当机头运动到导纱器所在位置时打开纱嘴电磁铁，从而带动导纱器运动，当导纱器到达预定位置时，只需要闭合纱嘴电磁铁，就可以使导纱器留在该位置。因此这种导纱器运动控制系统的导纱器位置停放严重的依赖机头的运动和纱嘴电磁铁的开合。

当机头远离导纱器的时候，就不能改变导纱器的位置，必需要等到机头重新运动到导纱器停放位置时才能改变导纱器的位置，而且在导纱器停放的时候又没有一个很好的速度控制，导致导纱器被停放下来后依然会惯性的运动一段时间，从而偏离预定的位置。此外，纱嘴电磁铁本身的性能也不是很稳定，经常会损毁或被误操作，导致导纱器的位置停放不准确。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种精度高，可以实时控制导纱器移动与停放的全自动电脑横机的导纱器运动控制系统及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统，该系统包括：

上位机模块，用于生成伺服电机的控制命令和接收控制命令的执行结果；

人机交互模块，用于手动输入伺服电机的运行参数以及查看伺服电机的运行状态；

控制模块，用于接收上位机模块输出的控制命令、伺服电机反馈回来的编码信号以及人机交互模块输出的伺服电机运行参数，产生输出到功率模块的PWM信号，向上位机模块发送上位机模块命令处理后的执行结果，向人机交互模块发送伺服电机的运行状态；

功率模块，用于接收控制模块产生的PWM信号，并转换产生UVW三相信号到伺服电机；

伺服电机，接收并执行驱动命令，通过机械传动装置带动导纱器运动，并通过编码器发送编码信号。

作为优选，所述的机械传动装置包括主动轮、从动轮，从动轮与主动轮之间通过同步传送带相连接，主动轮与伺服电机的输出轴相连，导纱器绑在同步传送带上。采用上述结构，可以快速响应导纱器运动的控制命令。

作为优选，所述的控制模块包括DSP、FPGA、EEPROM与放大电路；DSP是数据处理的中心，用于实现与上位机模块的通信控制、接收伺服电机发送的编码信号、产生PWM信号、接收人机交互模块的输入数据并保存数据、监测电压反馈信号；FPGA，用于辅助DSP进行I/O端口扩展；EEPROM，用于存储数据；放大电路，用于放大功率模块反馈回来的电压并把放大的电压输入到DSP中。

作为优选，所述的功率模块包括多个相互独立的IPM模块，电压检测电路，整流电路，开关电源变换电路；整流电路，将市电或三相电整流变换成直流电；每个IPM模块对应控制一个伺服电机，它们根据控制模块输入的PWM信号，将整流得到的直流电转换成适合伺服电机工作的UVW三相信号；电压检测电路，用于检查市电或三相电、UVW三相信号的电压，及时提供报警并给予保护；开关电源变换电路，产生适合功率模块和控制模块运行的直流电压。

一种全自动电脑横机的导纱器运动控制方法，包括如下步骤：

一，通过人机交互模块，设置伺服电机的运行参数，并将其保存到控制模块中；

二，上位机模块向控制模块发送导纱器将要到达的位置；

三，控制模块接收到上位机模块传来的数据后，获知导纱器要到达的位置，然后根据原先保存的导纱器位置和伺服电机的运行参数，计算出导纱器位置的变化值及与其对应的编码信号的变化量；然后，控制模块根据伺服电机的编码信号的变化量输出PWM信号；

四，功率模块根据控制模块输出的PWM信号转换生成UVW三相信号，接着UVW三相信号控制伺服电机使其转动；

五，伺服电机的转动带动机械传动装置使导纱器移动，同时电机编码器不断的反馈编码信号到控制模块，当控制模块接收到的编码信号变化值达到设定值时，导纱器即到达了它要到达的位置，控制模块也就停止发送PWM信号，此时伺服电机被锁定，同时导纱器停止运动。

作为优选，所述的机械传动装置包括主动轮、从动轮，从动轮与主动轮之间通过同步传送带相连接，主动轮与伺服电机的输出轴相连，导纱器绑在同步传送带上。

采用了上述技术方案的本发明的原理及具有的优点是：

本发明的导纱器的位置移动通过伺服电机的转动完成，伺服电机的转速决定导纱器的移动快慢，伺服电机的转向决定导纱器的移动快慢，导纱器位置的精确控制是通过伺服电机的编码器反馈完成；伺服电机的转速和转向均由控制模块的输出PWM信号控制。

此外，为了使导纱器能够平稳的运行，还可对其运行过程进行优化；具体包括加速阶段，导纱器的运行速度由慢到快；高速阶段，导纱器的速度维持稳定不变；减速阶段，导纱器的运行速度逐步的降低直至停止。

传统的导纱器运动控制是通过纱嘴电磁铁和机头的运动配合完成的。由于纱嘴电磁铁本身的性能的缺陷和该控制方法本身的不足，会经常导致导纱器位置停放不准确，或者根本就没有移动导纱器位置。而本发明所示提出的导纱器运动控制系统及方法，除了能够解决以上的缺点外，还具有实时控制导纱器的移动以及快速响应导纱器移动的优点。

附图说明

图1为本发明导纱器运动控制系统的结构框图；

图2为本发明控制模块与功率模块的工作示意图；

图3为机械传动装置的结构示意图；

图4为伺服电机编码信号变化量与控制模块输出PWM信号的频率之间的关系图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例：一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统，如图1、图2所示，

包括：

上位机模块，通过RS485协议与控制模块通信，产生伺服电机的控制命令并发送到控制模块，从控制模块中接收命令执行后的返回结果。这里的控制命令主要包括导纱器要运行的距离以及方向；这里的返回结果指的是当前导纱器已经运行的距离和运行方向。

人机交互模块，包括按键、数码管，通过按键设置伺服电机运行的参数，使用数码管显示伺服电机的运行状态。

控制模块，用于：接收上位机模块输出的控制命令，接收伺服电机反馈回来的编码信号以及人机交互模块输出的伺服电机的运行参数，保存处理过程中导纱器的位置数据，保存伺服电机编码器反馈的编码信号的变化值，这些数据都将保存到EEPROM中；产生输出到功率模块的PWM信号；通过RS485向上位机模块发送导纱器运行后的位置；通过I/O口向人机交互模块发送电机的运行状态；通过对功率模块反馈电压信号的检测，进行电路保护和异常报警。

所述的功率模块包括8个相互独立的IPM模块，电压检测电路，整流电路，开关电源变换电路；整流电路，将市电或三相电整流变换成直流电；每个IPM模块对应控制一个伺服电机，它们根据控制模块输入的PWM信号，将整流得到的直流电转换成适合伺服电机工作的UVW三相信号；电压检测电路，用于检查市电或三相电、UVW三相信号的电压，并将检测到的电压信号传给控制模块，及时提供报警并给予保护；开关电源变换电路，产生适合功率模块和控制模块运行的直流电压。

伺服电机，接收并执行驱动命令，通过机械传动装置带动导纱器的运动。如图3所示，所述的机械传动装置包括主动轮1、从动轮2，从动轮2与主动轮1之间通过同步传送带3相连接，主动轮1与伺服电机4的输出轴相连，导纱器5绑在同步传送带3上。

下面是导纱器运动控制系统控制导纱器运动的过程，结合图1、2、3作详细介绍：

一，通过人机交互模块，设置伺服电机的运行状态参数，并将其保存到控制模块中，通过设定的运行参数，在控制模块中可以计算出电机编码器的编码值变化量为1时，对应导纱器运动的距离为d。

二，上位机模块通过RS485通信协议向控制模块发送导纱器将要运动的距离L；

三，所述控制模块接收到上位机模块传来的数据后，首先把导纱器将要运动的距离L转换成伺服电机编码器编码信号的变化量code，code=L/d。然后控制模块根据编码器编码信号值的变化量，控制输出PWM信号。

四，功率模块根据控制模块输出的PWM信号转换生成UVW三相信号，接着UVW三相信号控制伺服电机使其转动。

五，伺服电机转动带动固定其上的主动轮的转动。主动轮的运动又进一步的带动从动轮和同步传送带的运动。最终，传送带的运动使得绑定在其上的导纱器运动。同时，当伺服电机开始转动时，伺服电机编码器就会不断的反馈编码信号到控制模块。当控制模块接收到的编码信号变化值达到设定值时，即等于code时，控制模块就停止发送PWM信号，即此时PWM信号的频率为0，导纱器即到达了它要到达的位置，控制模块也就停止发送PWM信号，此时锁定伺服电机并停止导纱器运动。

其中，在导纱器运动距离L的过程中，导纱器要先加速运动一段距离，该加速距离由人机交互模块设定，然后再匀速运动一段距离，该匀速距离由人机交互模块设定，最后减速运动一段距离到达预定的位置，同样，该减速距离也由人机交互模块设定。这样，可使导纱器更平稳的运行。

根据上述的导纱器运动控制系统控制导纱器运动的过程结合图2、图3和图4，说明一个导纱器运行的实例。

现有一个52英寸的横机，针床上有260针，每针的针距是5毫米。导纱器每运动1毫米编码器的编码信号变化量为50，则编码器的每个变化量对应的导纱器运动距离为d=1/50毫米=0.02毫米。

如果导纱器从初始第0针开始，移动到第20针，首先计算出导纱器移动20针时编码器编码信号的变化量code=L/d=20×5/0.02=5000，通过人机交互模块设定：导纱器加速运动的距离是4针，匀速运动的距离是12针，减速运动的距离是4针。

当控制模块刚接收到命令时，此时导纱器还未运动，编码器的编码信号的变化量为0，因此控制模块输出的PWM信号的频率f为0；当编码器的编码信号的变化量开始增加时，控制模块输出的PWM信号的频率f也开始增加，对应的导纱器开始加速运动，直到导纱器运行了4针。此时，对应的编码器编码信号变化量为code1=4×5/0.02=1000。此后，控制模块输出的PWM信号的频率f开始保持不变，对应的导纱器也保持匀速运动，直到导纱器再运行12针以后。此时，对应的编码器编码信号变化量为code2=(4+12)×5/0.02=4000，控制模块输出的PWM信号的频率f开始减少，对应的导纱器进行减速运动，直到导纱器再运行了4针，到达预定的位置。同时，编码器的编码信号的变化量也到达了预设的编码器编码信号的变化量code=L/d=(4+12+4)×5/0.02=5000；此时，达到了设定值，控制模块输出的PWM信号的频率f为0，伺服电机被锁定，导纱器停止运动。

Claims (6)

1.一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统，其特征是该系统包括：

上位机模块，用于生成伺服电机的控制命令和接收控制命令的执行结果；

人机交互模块，用于手动输入伺服电机的控制参数以及查看伺服电机的运行状态；

控制模块，用于接收上位机模块输出的控制命令、伺服电机反馈回来的编码信号以及人机交互模块输出的伺服电机控制参数，产生输出到功率模块的PWM信号，向上位机模块发送上位机模块命令处理后的执行结果，向人机交互模块发送伺服电机的运行状态；

功率模块，用于接收控制模块产生的PWM信号，并转换产生UVW三相信号到伺服电机；

伺服电机，接收并执行驱动命令，通过机械传动装置带动导纱器运动，并通过编码器发送编码信号。

2.根据权利要求1所述的一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统，其特征在于：所述的机械传动装置包括主动轮、从动轮，从动轮与主动轮之间通过同步传送带相连接，主动轮与伺服电机的输出轴相连，导纱器绑在同步传送带上。

3.根据权利要求1所述的一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统，其特征在于：所述的控制模块包括DSP、FPGA、EEPROM与放大电路；DSP是数据处理的中心，用于实现与上位机模块的通信控制、接收伺服电机发送的编码信号、产生PWM信号、接收人机交互模块的输入数据并保存数据、监测电压反馈信号；FPGA，用于辅助DSP进行I/O端口扩展；EEPROM，用于存储数据；放大电路，用于放大功率模块反馈回来的电压并把放大的电压输入到DSP中。

4.根据权利要求1所述的一种全自动电脑横机的导纱器运动控制系统，其特征在于：所述的功率模块包括多个相互独立的IPM模块，电压检测电路，整流电路，开关电源变换电路；整流电路，将市电或三相电整流变换成直流电；每个IPM模块对应控制一个伺服电机，它们根据控制模块输入的PWM信号，将整流得到的直流电转换成适合伺服电机工作的UVW三相信号；电压检测电路，用于检查市电或三相电、UVW三相信号的电压，及时提供报警并给予保护；开关电源变换电路，产生适合功率模块和控制模块运行的直流电压。

5.一种全自动电脑横机的导纱器运动控制方法，其特征在于包括如下步骤：

一，通过人机交互模块，设置伺服电机的运行参数，并将其保存到控制模块中；

二，上位机模块向控制模块发送导纱器将要到达的位置；

三，控制模块接收到上位机模块传来的数据后，获知导纱器要到达的位置，然后根据原先保存的导纱器位置和伺服电机的运行参数，计算出导纱器位置的变化值及与其对应的编码信号的变化量；然后，控制模块根据伺服电机的编码信号的变化量输出PWM信号；

四，功率模块根据控制模块输出的PWM信号转换生成UVW三相信号，接着UVW三相信号控制伺服电机使其转动；

五，伺服电机的转动带动机械传动装置使导纱器移动，同时电机编码器不断的反馈编码信号到控制模块，当控制模块接收到的编码信号变化值达到设定值时，导纱器即到达了它要到达的位置，控制模块也就停止发送PWM信号，此时伺服电机被锁定，同时导纱器停止运动。

6.根据权利要求5所述的一种全自动电脑横机的导纱器运动控制方法，其特征在于：所述的机械传动装置包括主动轮、从动轮，从动轮与主动轮之间通过同步传送带相连接，主动轮与伺服电机的输出轴相连，导纱器绑在同步传送带上。

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