CN104158450A - 一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对针织横机机头上的度目电机进行控制的控制系统。该控制系统包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机和度目三角，度目电机是步进电机，其输出端通过传动机构连接度目三角；还包括度目电机控制器和零位传感器；所述度目电机控制器安装在度目电机后端；所述度目电机控制器包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、感应编码器和度目电机驱动电路。该控制系统不仅结构新颖，而且能够闭环反馈，实时快速地控制度目三角的压针位置，从而使针织横机能够根据需要实时变化编织密度。

Description

一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统

技术领域

本发明涉及一种针织横机机头上的控制系统，特别是涉及一种针对针织横机机头上的度目电机进行控制的控制系统。

背景技术

横机即针织机，目前横机进行针织控制是靠机头在针床上来回活动，并依靠机头上的三角结构进行推针完成针织操作。而在三角结构，就有负责编织成圈密度的度目三角，该度目三角都是依靠度目电机通过一传动机构进行控制的。目前横机度目电机控制是由机头箱内的小主板来负责，该小主板名为横机机头控制板，为了提高其通信速度，有一部分横机机头开始采用CAN总线通信。目前，即使采用CAN总线通信，若一台横机上所有的控制都采用横机机头控制板控制，并且缺乏专门对度目电机进行度目可变控制的系统，同样也会造成了度目电机的响应慢，不能实时变化等问题。除此之外，目前横机度目电机的变化都是在机头超出编织区域外才动作，以满足下一个成圈要求，不能够在编织区域内变化。可见，现行的系统控制还无法实现可变度目的要求，其编织成圈密度值单一。

发明内容

本发明的发明目在于提供一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，该控制系统不仅结构新颖，而且能够闭环反馈，实时快速地控制度目三角的压针位置，从而使针织横机能够根据需要实时变化编织密度。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机和度目三角，度目电机是步进电机，其输出端通过传动机构连接度目三角；还包括度目电机控制器和零位传感器；所述度目电机控制器安装在度目电机后端；所述度目电机控制器包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、感应编码器和度目电机驱动电路；所述DC-DC变换电路分别连接所述CAN总线收发器、DSP控制器、感应编码器和度目电机驱动电路，其用于给系统中各个控制部分提供低压直流电源；所述CAN总线收发器，输入端连接横机主控板，CAN总线收发器输出端连接DSP控制器；所述感应编码器连接度目电机，用于检测度目电机每次的转位行程，将其转换成数字信号，并将数字信号输入DSP控制器；所述零位传感器检测所述度目三角的零位，并将所述零位信号转换成数字信号输入所述DSP控制器；所述DSP控制器，将输入的数字信号进行运算处理，输出PWM信号；所述DSP控制器输出端连接所述度目电机驱动电路，所述度目电机驱动电路将所述PWM信号转换并输入至度目电机，以驱动度目电机实时动作。

作为优选，所述感应编码器是磁感应编码器或光感应编码器。

作为优选，所述DC-DC变换电路上设有负载短路保护电路，以防止负载短路造成度目电机控制器中的器件损坏。

作为优选，所述度目电机驱动电路包括电容模块、用于连接DSP控制器输出端的通信接口模块、驱动芯片、第一H桥电路和第二H桥电路；多个所述电容模块分别连接在驱动芯片一侧，通信接口模块连接在所述驱动芯片输入端，第一H桥电路和第二H桥电路均连接在所述驱动芯片输出端；所述驱动芯片用于将PWM信号转化成度目电机匹配的脉冲信号，以驱动度目电机。

进一步的，所述电容模块包括电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；所述驱动芯片为DRV8711型步进前置驱动芯片；所述电容C1两级均连接在驱动芯片两个针脚上，为电荷泵电路泵送电容；所述电容C2一端连接24V高电平，用于高边门极驱动电压的滤波；所述电容C3和电容C4的一端均接地，所述电容C3用于5V输出电压滤波，所述电容C4用于内部逻辑供电电压滤波。

采用了上述技术方案的控制系统，对度目进行控制，不仅能够实现实时可变的度目控制，而且可以在编织区域内实时动作，形成不同的密度值，提高织物的平滑度，增加织物种类，还可防止卷边。同时，还具有如下有益效果：

一、该系统利用CAN总线通信，由横机主控直接对度目电机进行通信控制，大大提高了控制的实时性。

二、由于此控制系统中的零位传感器对度目三角进行零位检测，并将信号送回至DSP控制器，形成第一闭环；感应编码器连接度目电机，对度目电机进行转位行程的检测，并将信号送回至DSP控制器，形成第二闭环，第一、第二闭环共同构成了度目三角的实时位置和动作的闭环，所以横机主控板可以得知其所有度目当前位置所在，大大提高精确性和稳定性。

三、DSP控制器本身算法快速，其正交编码的硬件接口还可以快速准确的反馈出步进电机实时位置，响应速度快，其和感应编码器、度目电机驱动电路配合效果好，利于对度目进行实时可变及控制。

附图说明

图1：本发明实施例中的结构框架图。

图2：本发明实施例中度目电机控制器、度目电机以及度目三角的连接结构示意图。

图3：本发明实施例中度目电机控制器的结构框图。

图4：本发明实施例中度目电机驱动电路的电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例：如图1、图2和图3所示一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，该控制系统包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机1、度目电机控制器2、度目三角3和零位传感器，度目电机1是步进电机，其输出端通过传动机构连接度目三角3，这里的传动机构是现有技术，通常通过一端面设渐开线槽的凸轮实现传动连接。

横机可变度目即是多段的度目成圈控制，在编织区域内，其可实时动作，形成不同的密度值，提高织物的平滑度，增加织物种类，还可防止卷边。为了实现这一功能，必须要求可变度目电机的控制系统的快速响应，实时变化。本发明针对当前横机无法实现可变度目功能的情况，不仅如图1改善了系统架构，而且从结构和系统控制两方面来满足可变度目的功能需求。这对步进电机的控制系统提出了更高的要求，为满足此要求，具体还设计了度目电机快速响应的位置闭环系统，具体结构如下：

如图2所示，首先，在结构上，上述度目电机控制器2安装在度目电机1后端，此度目电机控制器2包括磁编位置检测，这样一来，此结构即满足了磁编对位置的要求，又满足了度目电机控制器2单独控制度目电机1的要求。

其次，如图3所示，上述度目电机控制器2包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、磁感应编码器和度目电机驱动电路。而上述度目电机1一般为直流24V，所以供电采用24V，经过DC-DC变换电路，DC-DC变换电路将外部电源变换成所需直流电，给系统中各个控制部分提供低压电源。另外此DC-DC电路设有负载短路保护电路，防止负载短路造成各个控制部件的电路的损坏。结构上，表现在DC-DC变换电路分别连接所述CAN总线收发器、DSP控制器、磁感应编码器和度目电机驱动电路。上述CAN总线收发器与其他模块组成CAN总线，构成与横机主控板相通信的桥梁，此总线是双全工，速度可达1Mbps，实时性高，多节点可同时发起通信，有优先级控制，不会发生堵塞。结构和连接关系上，CAN总线收发器的输入端连接横机主控板，其输出端连接DSP控制器，DSP控制器输出端连接度目电机驱动电路，度目电机驱动电路输出端连接度目电机1，以驱动度目电机1实时活动。

上述磁感应编码器连接度目电机1，磁感应编码器用于检测度目电机1每次的转位行程，将其转换成数字信号，并将数字信号输入DSP控制器，形成第一个闭环回路。上述零位传感器在度目三角3上设有监测点，其检测度目三角3的零位，并将零位信号转换成数字信号输入DSP控制器，形成第二个闭环回路。确定度目三角3的零位，再通过度目电机1的转位行程确定度目三角3的实时移位，即可完全确定度目三角3的位置和动作方式，在横机运动的任何时候都能实时控制度目三角的压针位置，由于此控制器增加了位置闭环，所以横机主控板可以得知其所有度目当前位置所在，大大提高了横机机头控制的精确性和稳定性，从而为驱动度目电机1实现可变度目奠定了控制基础。上述DSP控制器将CAN总线收发器、磁感应编码器和零位传感器输入的数字型号运算处理，输出PWM信号，由于DSP控制器输出端连接度目电机驱动电路，而度目电机驱动电路的功能就是将PWM信号转换成度目电机所能接收的信号，并连接度目电机，以驱动度目电机1实时动作，度目三角的移动跟随度目电机1，实现针织过程度目可变。此度目电机控制器2的核心控制采用了TI的DSP控制器，由于该DSP控制器具有的哈弗结构和乘法器，另外加上高级定时器的PWM输出控制和正交编码接口，使其特别适合于电机控制领域，采用此系列的控制核心，可以完全满足可变度目控制系统的需求。在本发明中，通过DSP的核心控制包括以下有益效果：1、产生PWM输出来控制步进电机驱动电路；2、驱动电路的报警故障反馈也通过DSP的中断快速反应，达到保护，报警等效果；3、各种通信机制的协议处理和控制指令的下发，也通过DSP控制器处理；4、上述的零位传感器也由DSP检测；5、磁编对电机位置的实时检测处理也有DSP完成；6、电机控制的快速响应的PID算法由DSP实时处理。图4中所示，度目电机驱动电路由电容模块、用于连接DSP控制器输出端的通信接口模块、驱动芯片、第一H桥电路和第二H桥电路组成。电容模块连接在驱动芯片一侧，通信接口模块连接在驱动芯片输入端，第一H桥电路和第二H桥电路均连接在驱动芯片输出端。

由于度目电机一般为2相4线制步进电机，所以驱动芯片不仅将PWM信号转化成度目电机1匹配的脉冲信号，还需要双H桥电路，通过第一H桥电路和第二H桥电路以驱动度目电机1的AB相。上述驱动芯片采用TI公司，型号为DRV8711型的步进前置驱动芯片，最高细分可以做到256细分，过温、过流、短路等各种保护机制完善，通过spi通信可配置具体工作方式，驱动接口有方向和脉冲信号给定，方便实时。

为了更加具体地例举本发明的度目电机驱动电路，上述电容模块具体包括如图4所示的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4四个电容；而四个电容都连接在DRV8711型步进前置驱动芯片一端。具体地，上述电容C1两级均连接在驱动芯片两个针脚上，为电荷泵电路泵送电容，上述电容C2、电容C3和电容C4依次也是连接在该驱动芯片上，但电容C2一端还连接24V高电平，其用于高边门极驱动电压的滤波，电容C3和电容C4的一端都接地，上述电容C3用于5V输出电压滤波，电容C4用于内部逻辑供电电压滤波。

最后，为了更精确定位和构成闭环系统，本实施例优选采用磁感应编码器进行磁编位置检测，由高速响应的磁感应集成芯片来完成。磁感应编码器的优势在有其不受粉尘等耐环境性能好，结构简单，温度范围宽，特别适合于横机的工作环境。对于响应速度和分辨率，由于横机最高速度为1.2m/s，度目最大行程在1圈左右，所以我们选择的响应速度2us和分辨率500线的磁编码器足以满足要求。加上DSP控制器的正交编码的硬件接口，可以快速准确的反馈出步进电机实时位置，满足可变度目功能要求。

由于系统为CAN总线通信，此度目电机控制器可以有多个，并且多个同时工作。如图1所示，所以横机上每个度目电机，如度目电机一、二、三等，即包括前床，后床，左右系统的度目电机，都可安装本发明的控制系统，即可真正实现横机的可变度目功能。

除本实施例以外，本发明的磁感应编码器还可以替换成其它感应编码器，如光感应编码器以及本领域技术人员知道其他的感应编码器。值得注意的是，本发明所要保护的并不限于上述实施例，通过相似精神原理的修饰、变换和等同替换，均应当属于本发明的保护之列。

Claims (5)

1.一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机(1)和度目三角(3)，度目电机(1)是步进电机，其输出端通过传动机构连接度目三角(3)；其特征在于：还包括度目电机控制器(2)和零位传感器；

所述度目电机控制器(2)安装在度目电机(2)后端；

所述度目电机控制器(2)包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、感应编码器和度目电机驱动电路；

所述DC-DC变换电路分别连接所述CAN总线收发器、DSP控制器、感应编码器和度目电机驱动电路，其用于给系统中各个控制部分提供低压直流电源；

所述CAN总线收发器，输入端连接横机主控板，CAN总线收发器输出端连接DSP控制器；

所述感应编码器连接度目电机，用于检测度目电机(1)每次的转位行程，将其转换成数字信号，并将数字信号输入DSP控制器；

所述零位传感器检测所述度目三角(3)的零位，并将所述零位信号转换成数字信号输入所述DSP控制器；

所述DSP控制器，将输入的数字信号进行运算处理，输出PWM信号；所述DSP控制器输出端连接所述度目电机驱动电路，所述度目电机驱动电路将所述PWM信号转换并输入至度目电机(1)，以驱动度目电机(1)实时动作。

2.根据权利要求1所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，其特征在于：所述感应编码器是磁感应编码器或光感应编码器。

3.根据权利要求1或2所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，其特征在于：所述DC-DC变换电路上设有负载短路保护电路，以防止负载短路造成度目电机控制器(2)中的器件损坏。

4.根据权利要求1或2所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，其特征在于：所述度目电机驱动电路包括电容模块、用于连接DSP控制器输出端的通信接口模块、驱动芯片、第一H桥电路和第二H桥电路；所述电容模块连接在驱动芯片一侧，通信接口模块连接在所述驱动芯片输入端，第一H桥电路和第二H桥电路均连接在所述驱动芯片输出端；所述驱动芯片用于将PWM信号转化成度目电机(1)匹配的脉冲信号，再通过第一H桥电路和第二H桥电路驱动度目电机(1)的AB相。

5.根据权利要求4所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制系统，其特征在于：所述电容模块包括电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；所述驱动芯片为DRV8711型步进前置驱动芯片；所述电容C1两级均连接在驱动芯片两个针脚上，电容C1为电荷泵电路泵送电容；所述电容C2一端连接24V高电平，用于高边门极驱动电压的滤波；所述电容C3和电容C4的一端均接地，所述电容C3用于5V输出电压滤波，所述电容C4用于内部逻辑供电电压滤波。