CN114629411A - 一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，属于电机控制技术领域。它解决了现有的采用低速旋转搜寻零位导致搜寻时间长从而工作效率低下的问题。本用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，伺服电机上安装有增量式编码器，包括如下几个步骤：S1、初始点位置检测；S2、零位点伺服电机实际旋转角度检测；S3、反向旋转时伺服电机实际旋转角度检测；S4、位置控制寻找零位。本用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法具有时间短、高速且高精度零位搜寻的优点。

Description

一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法。

背景技术

伺服系统(servo mechani sm)是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

对于缝纫机伺服系统的伺服电机，每次开机运行都需要自动寻找电机零位位置。用于缝纫机的伺服电机工作转速较高，如果开机运行后高速来找零位的话，由于伺服电机检测到零位停止后存在惯性，高速来带来惯性较大，这样电机不能立即停止在零位位置上，待停止后与实际零位位置偏差较大，从而零位搜寻定位准确性较差。现有一般采用200-300rpm低速运行来找零位，当系统检测到零位信号时，伺服电机立即停止，寻找零位结束，该方式零位搜寻定位准确性较高。但仍主要存在着以下问题：因采用低速旋转搜寻零位，从而时间比较长，缝纫工人会等待零位搜寻完毕后才能正常操作，降低工作效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种高速且高精度定位的用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，所述伺服电机上安装有增量式编码器，包括如下几个步骤：

S1、初始点位置检测，缝纫机系统开始运行时，通过检测Z信号光耦输出Z信号电平来判定伺服电机初始点位置位于零位左侧还是右侧，从而位置控制器输出相应旋转位置指令以确定旋转方向向零位方向旋转，同时通过输出AB正交信号，反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ；

S2、零位点伺服电机实际旋转角度检测，伺服电机按步骤S1确定后的旋转方向进行旋转，当检测到Z信号电平跳变时，即检测到零位，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₀；同时，位置控制器输出以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向指令控制伺服电机反向旋转；

S3、反向旋转时伺服电机实际旋转角度检测，步骤S2中的伺服电机检测到零位后在惯性作用下会继续以步骤S1的旋转方向旋转直至速度降为零，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₁；

S4、位置控制寻找零位，步骤S2中的位置控制器利用θ₁-θ₀重新修正位置指令控制伺服电机以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向旋转θ₁-θ₀角度至准确的零位位置，至此零位搜寻结束。

在上述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法中，所述步骤S1中的通过检测Z信号光耦输出Z信号电平来判定伺服电机初始点位置位于零位左侧还是右侧，从而位置控制器输出相应旋转位置指令以确定旋转方向向零位方向旋转具体为：

当检测到输出的Z信号为低电平时，即ZFlag＝0时，所述伺服电机初始点位置位于零位左侧，此时，位置控制器输出逆时针旋转位置指令控制伺服电机逆时针方向以靠近零位方向旋转；当检测到输出的Z信号为高电平时，即ZFlag＝1时，所述伺服电机初始点位置位于零位右侧，此时，位置控制器输出顺时针旋转位置指令控制伺服电机顺时针方向以靠近零位方向旋转。

在上述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法中，所述步骤S2中的伺服电机按步骤S1确定后的旋转方向进行旋转，当检测到Z信号电平跳变时，即检测到零位，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₀具体为：

所述增量式编码器中的信号A和B是相位差90度的近似正弦波，这两相信号经放大、整形后形成方波，若A相超前于B相，对应伺服电机顺时针旋转；若B相超前于A相，对应伺服电机逆时针旋转，若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可形成代表顺时针角位移和逆时针角位移的脉冲序列，通过计算从伺服电机开始启动到检测到Z信号电平跳变时的上述脉冲数来计算得出上述伺服电机实际旋转角度值θ₀。

在上述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法中，所述步骤S2中的位置控制器输出以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向指令控制伺服电机反向旋转具体为：

当检测到零位时，位置控制器输出反向旋转指令控制伺服电机反向旋转，但此时伺服电机由于是高速旋转，并不能马上反向旋转，而是先降速直至速度变为零后再执行反向旋转指令。

在上述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法中，所述步骤S3中的记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₁具体为：

所述伺服电机实际旋转角度值θ₁为通过计算伺服电机从初始点位置到步骤S3中的速度降为零的位置之间的AB相方波脉冲数而得出。

与现有技术相比，本缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法具有如下几个优点：

1、在初始点位置就初步判定伺服电机零位方位，一启动就确保零位搜寻方向正确，避免电机来回旋转确定零位所在方向，以减小搜寻时间，提高搜寻速度；

2、电机高速旋转搜寻，实现高速高效搜寻零位，同时，采用位置控制模式寻找零点位置，且通过零位位置和实际停机位置(即速度降为零时的电机位置)误差修正位置指令实现高精度搜寻零位；综上，从而同时实现高速和高精度零位搜寻。

附图说明

图1是本开机零位搜寻方法的工作流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，伺服电机上安装有增量式编码器。脉冲编码器有光电式、接触式和电磁感应式三种，光电式脉冲编码器可将机械位移、转角或速度变化转换成电脉冲输出，是一种精密数字控制常用的检测传感器。光电编码器的最大特点是非接触式的，具有精度高、响应快、可靠性高等。光电编码器是用光电方法将转角和位移转换为各种代码形式的数字脉冲的传感器。光电式脉冲编码器，在发光元件和光电接收元件之间，有一个直接装在旋转轴上的具有相当数量的透光扇形区的编码盘，当光源经光学系统形成一束平行光投在码盘上时，转动码盘，光经过码盘的透光和不透光区，在码盘的另一侧就形成光脉冲，脉冲光照射在光电元件上就产生与之对应的电脉冲信号。增量式编码器图案和光脉冲信号均匀，可将任意位置作为基准点，从该点开始按一定的量化单位检测位移或转角，计量脉冲数即可折算为位移或转角。本实施例的增量式编码器中的码盘固定安装在伺服电机的转子上。增量式编码器中的A和B相的相位差90度，信号A和B是相位差90度的近似正弦波，这两相信号经放大、整形后变成方波。若A相超前于B相，对应工作轴正向旋转；若B相超前于A相，对应工作铀反向旋转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可形成代表正向角位移和反向角位移的脉冲序列。每当工作轴旋转一周，光电元件就产生一个Z相一转基准脉冲信号。伺服电机的零位一般跟脉冲编码器发出Z相脉冲的位置是一致的。

如图1所示，本开机零位搜寻方法包括如下几个步骤：

S1、初始点位置检测，缝纫机系统开始运行时，通过检测Z信号光耦输出Z信号电平来判定伺服电机初始点位置位于零位左侧还是右侧，从而位置控制器输出相应旋转位置指令以确定旋转方向向零位方向旋转，同时通过输出AB正交信号，反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ；

具体的，本实施例的伺服电机为高速旋转搜寻零位，当检测到输出的Z信号为低电平时，即ZFlag＝0时，伺服电机初始点位置位于零位左侧，此时，位置控制器输出逆时针旋转位置指令控制伺服电机逆时针方向以靠近零位方向旋转；当检测到输出的Z信号为高电平时，即ZFlag＝1时，伺服电机初始点位置位于零位右侧，此时，位置控制器输出顺时针旋转位置指令控制伺服电机顺时针方向以靠近零位方向旋转。在初始点位置就初步判定伺服电机零位方位，一启动就确保零位搜寻方向正确，避免电机来回旋转确定零位所在方向，以减小搜寻时间，提高搜寻速度。

S2、零位点伺服电机实际旋转角度检测，伺服电机按步骤S1确定后的旋转方向进行旋转，当检测到Z信号电平跳变时，即检测到零位，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₀；同时，位置控制器输出以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向指令控制伺服电机反向旋转；

本实施例以步骤S1确定后的旋转方向为逆时针旋转方向举例说明，伺服电机以逆时针方向进行旋转，当检测到Z信号电平跳变时，即检测到零位，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₀，其中伺服电机实际旋转角度值θ₀是通过计算从伺服电机开始启动到检测到Z信号电平跳变时的上述脉冲数得出。

同时，当检测到零位时，位置控制器输出顺时针旋转指令控制伺服电机反向以顺时针方向旋转，但此时伺服电机由于是高速旋转，并不能马上反向旋转，而是先降速直至速度变为零后再执行反向以顺时针方向旋转指令。

S3、反向旋转时伺服电机实际旋转角度检测，步骤S2中的伺服电机检测到零位后在惯性作用下会继续以步骤S1的旋转方向旋转直至速度降为零，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₁；

本实施例以步骤S1确定后的旋转方向为逆时针旋转方向进行举例说明，步骤S2中的伺服电机检测到零位后在惯性作用下会继续以逆时针方向旋转直至速度降为零，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₁，伺服电机实际旋转角度值θ₁为通过计算伺服电机从初始点位置到步骤S3中的速度降为零的位置之间的AB相方波脉冲数而得出。

S4、位置控制寻找零位，步骤S2中的位置控制器利用θ₁-θ₀重新修正位置指令控制伺服电机以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向旋转θ₁-θ₀角度至准确的零位位置，至此零位搜寻结束。

本实施例以步骤S1确定后的旋转方向为逆时针旋转方向进行举例说明，步骤S2中的位置控制器利用θ₁-θ₀重新修正位置指令控制伺服电机以顺时针方向旋转θ₁-θ₀角度至准确的零位位置，至此伺服电机准确的停留在零位上，高精度找寻到零位。

伺服电机为高速旋转搜寻，实现高速高效搜寻零位，同时，采用位置控制模式寻找零点位置，且通过零位位置和实际停机位置(即速度降为零时的电机位置)误差修正位置指令实现高精度搜寻零位；因为采用位置控制方式来寻找零位位置，不会出现位置偏差，从而实现高精度零位搜寻。综上，从而同时实现高速和高精度零位搜寻。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，所述伺服电机上安装有增量式编码器，其特征在于，包括如下几个步骤：

S1、初始点位置检测，缝纫机系统开始运行时，通过检测Z信号光耦输出Z信号电平来判定伺服电机初始点位置位于零位左侧还是右侧，从而位置控制器输出相应旋转位置指令以确定旋转方向向零位方向旋转，同时通过输出AB正交信号，反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ；

S2、零位点伺服电机实际旋转角度检测，伺服电机按步骤S1确定后的旋转方向进行旋转，当检测到Z信号电平跳变时，即检测到零位，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₀；同时，位置控制器输出以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向指令控制伺服电机反向旋转；

S3、反向旋转时伺服电机实际旋转角度检测，步骤S2中的伺服电机检测到零位后在惯性作用下会继续以步骤S1的旋转方向旋转直至速度降为零，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₁；

S4、位置控制寻找零位，步骤S2中的位置控制器利用θ₁-θ₀重新修正位置指令控制伺服电机以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向旋转θ₁-θ₀角度至准确的零位位置，至此零位搜寻结束。

2.根据权利要求1所述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，其特征在于，所述的所述步骤S1中的通过检测Z信号光耦输出Z信号电平来判定伺服电机初始点位置位于零位左侧还是右侧，从而位置控制器输出相应旋转位置指令以确定旋转方向向零位方向旋转具体为：

当检测到输出的Z信号为低电平时，即ZFlag＝0时，所述伺服电机初始点位置位于零位左侧此时，位置控制器输出逆时针旋转位置指令控制伺服电机逆时针方向以靠近零位方向旋转；当检测到输出的Z信号为高电平时，即ZFlag＝1时，所述伺服电机初始点位置位于零位右侧，此时，位置控制器输出顺时针旋转位置指令控制伺服电机顺时针方向以靠近零位方向旋转。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，其特征在于，所述的所述步骤S2中的伺服电机按步骤S1确定后的旋转方向进行旋转，当检测到Z信号电平跳变时，即检测到零位，记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₀具体为：

所述增量式编码器中的信号A和B是相位差90度的近似正弦波，这两相信号经放大、整形后形成方波，若A相超前于B相，对应伺服电机顺时针旋转；若B相超前于A相，对应伺服电机逆时针旋转，若以该方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可形成代表顺时针角位移和逆时针角位移的脉冲序列，通过计算从伺服电机开始启动到检测到Z信号电平跳变时的上述脉冲数来计算得出上述伺服电机实际旋转角度值θ₀。

4.根据权利要求3所述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，其特征在于，所述的所述步骤S2中的位置控制器输出以步骤S1确定的旋转方向相反的旋转方向指令控制伺服电机反向旋转具体为：

当检测到零位时，位置控制器输出反向旋转指令控制伺服电机反向旋转，但此时伺服电机由于是高速旋转，并不能马上反向旋转，而是先降速直至速度变为零后再执行反向旋转指令。

5.根据权利要求3所述的一种用于缝纫机伺服电机的开机零位搜寻方法，其特征在于，所述的所述步骤S3中的记录此时位置控制器反馈检测到的伺服电机实际旋转角度值θ₁具体为：

所述伺服电机实际旋转角度值θ₁为通过计算伺服电机从初始点位置到步骤S3中的速度降为零的位置之间的AB相方波脉冲数而得出。

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