CN1332867C - 横动控制装置 - Google Patents

Abstract

在以前的磁通控制横动装置的横动控制装置中，由于因线圈电感而产生电流延迟开始等原因，存在高速运转时电流不能正确地跟踪的问题。本发明的为了使横动导纱器(15)往复运动而控制横动电机(11)的正反向驱动的横动控制装置(5)，包括：检测横动电机(11)的转子的现在位置的速度位置检测器(53)；根据速度位置检测器(53)检测到的现在位置，以相对于转子的现在位置正好提前了规定的角度的时间对电机线圈进行通电的提前角励磁位置算出部(55a)。

Description

横动控制装置

技术领域

本发明涉及一种对被横动电机往复驱动的横动导纱器的位置和速度进行控制的横动(traverse)控制装置的构成。

背景技术

在以前的单锭横动装置中，各锭的横动导纱器分别由横动电机往复驱动。作为这样的单锭横动装置，如日本专利2001-516319A号公报(公开日1998年10月1日)那样，用磁通控制装置连续地产生提供给驱动横动导纱器的横动电机的定子的电压，由此，使横动电机的转子的旋转运动由定子电压产生的固定的定子磁通控制。这样的构成已为人们所知。

但是，上述的横动装置，定子线圈中流过的电流不能总是在所希望的时机流过，不能总是使最大的扭矩作用于转子。因此，不能在横动行程的全区域内维持高精度的位置，存在产生卷绕卷装的卷绕形状不良的可能。并且，上述横动装置存在由于扭矩不足而不能高速旋转、为了进行高速旋转而需要大功率的横动电机的问题。作为不能使线圈电流在所希望的时机流过的原因，有以下几种可能：由于定子线圈的电感的影响而在电流开始上产生延迟，或者在必要的电流量(扭矩)变大的加减速时间内电流指令的变化率变大。

发明内容

因此，本发明的目的是不仅要使用最小限的横动电机使高速旋转成为可能，而且还要在横动行程的整个区域内实现高精度的位置控制，由此使横动高速化、改善卷绕卷装的卷绕形状。

本发明为了解决以上的问题，使用如下的手段。即，本发明的横动控制装置为了使横动导纱器往复运动而控制横动电机的正反向驱动，它包括检测横动电机的转子的现在位置的位置检测器，和根据该位置检测器检测到的现在位置以相对于转子的现在位置正好提前了规定的角度的时刻，对电机线圈进行通电的提前角控制装置。由此，排除由于电流开始的延迟而产生的影响，能够总是使对转子作用最大扭矩的电流流过电机线圈。因此，即使在高速运转时，实际的电机电流也不会不跟随目标电流。例如，能够使提前角控制装置的结构为包括：算出比作用于转子的扭矩变得最大的最大扭矩励磁位置(与转子现在的位置相垂直的位置)正好提前了规定的提前角的位置——即提前角励磁位置的提前角励磁位置算出装置；和控制对电机线圈通电，使由对电机线圈通电产生的磁通的方向处于上述提前角励磁位置的通电控制装置。

并且，本发明包括检测转子现在的速度的速度检测装置，上述提前角控制装置根据转子现在的速度改变提前角。例如，能够预先设定规定的基准速度，当转子现在的速度比基准速度快时增大提前角，当比基准速度慢时减小提前角。并且，还可以改变提前角的大小使之与转子现在的速度成比例。转子现在的速度与提前角的关系只要预先设定储存好就可以，或者最好是将该关系作为参数预先使其能够设定变更。由此，能够根据转子现在的速度自动地改变提前角。

而且，本发明的上述提前角控制装置根据横动导纱器现在的位置改变提前角。例如，能够在横动导纱器位于横动行程的中央部时增大提前角，在横动导纱器位于横动端部区域(包括旋转位置)时减小提前角。横动导纱器的位置与提前角的关系只要预先设定储存好就可以，或者最好是将该关系作为参数预先使其能够设定变更。由此，能够根据横动导纱器的位置自动地改变提前角。

而且，本发明的上述提前角控制装置根据转子的目标位置与现在位置的偏差改变提前角。例如，能够在转子的目标位置与现在位置的偏差大时(滞后于目标位置大时)增大提前角，偏差小时(滞后于目标位置小时)减小提前角。偏差与提前角的关系只要预先设定储存好就可以，或者最好是将该关系作为参数预先使其能够设定变更。由此，能够根据转子对目标位置的跟随性自动地改变提前角。

本发明的上述提前角控制装置具有将提前角限制在预先设定的上限值以内的限制器。由此能够防止由于提前角变得过大而使扭矩低下。

附图说明

图1本发明的横动控制装置的总体构成的示意图

图2在横动行程内各横动位置上的横动速度的示意图

图3表示用于矢量控制及提前角控制横动电机的电机激励器的方框图

图4用电机旋转坐标(d-q坐标)说明提前角控制的矢量图

具体实施方式

用附图说明本发明的实施方式。图1为本发明的横动装置的总体构成的示意图，图2为在横动行程内各横动位置上，横动速度的示意图，图3为表示用于矢量控制及提前角控制横动电机的电机激励器的构成的方框图，图4为用电机旋转坐标(d-q坐标)说明提前角控制的矢量图。

首先说明搭载本发明的横动控制装置的横动装置的构成。如图1所示，本申请的搭载了横动控制装置的横动装置，应用于使从图中没有示出的喂纱卷装上解舒的纱条Y一边沿绕线管的轴向往复运动一边重绕在卷绕卷装上的绕线装置。卷绕卷装3通过将纱条Y卷绕在绕线管31上形成，用摇架32旋转自由地支持着。并且，虽然在图1中卷绕卷装3为随着逐渐变大横动的宽度(卷绕宽度)逐渐变窄形成的圆锥形端部的卷装，但卷装形状并不限于这样的圆锥形端部的形状。由卷绕用电机驱动旋转的卷绕辊2与卷绕卷装3的外周面抵接，通过该卷绕辊2旋转驱动着卷绕卷装3。

横动装置1包括构成例如步进电机的横动电机11，由该横动电机11驱动能够切换成正反向旋转的驱动皮带轮12，配置在横动范围的两侧的从动皮带轮13、13，卷绕在该驱动皮带轮12及从动皮带轮13、13上的驱动传动带14，固定在该驱动传动带14上、引导纱条Y的横动导纱器15。并且，作为驱动传动带14，可以使用同步齿形带等各种传动带或金属制钢丝，以及其他具有同样功能的柔性循环体。横动导纱器15随着驱动皮带轮12的正反向旋转而在绕线管31的轴向上从一端到另一端、或者从另一端到一端往复移动，由此使卷绕在卷绕卷装3上的纱条Y横动。并且，横动装置1包括横动控制装置5，控制横动电机11的驱动，控制横动导纱器15的位置及驱动速度。这样，通过控制横动电机11的正反向驱动，能够使挂有纱条Y的横动导纱器15在规定的横动宽度内往复移动。

如以上构成的横动装置1这样构成：对于单一的卷绕卷装3单独地设置横动电机11，通过包括微型计算机的横动控制装置5控制横动导纱器15的位置和速度。并且，横动控制装置5由后述的运动控制器52及电机激励器51构成。运动控制器52输出相当于横动电机11的位置指令的运动脉冲，电机激励器51控制横动电机11使之旋转与运动脉冲数相对应的量。

接着，说明横动控制装置5对横动电机11的控制。横动控制装置5为通过横动电机11进行横动导纱器15的位置控制的装置，如上所述，包括生成用于使横动电机11进行规定的驱动动作的指令信号(位置指令)的运动控制器52、根据生成的指令信号驱动横动电机11的电机激励器51。运动控制器52及电机激励器51的主要机能通过共同的微型计算机(图示略)实现。该微型计算机以执行运动控制机能及电机激励机能的装置为主要构成，包括单一的中央处理器(CPU)、存储横动控制程序(运动程序)等的只读存储器、临时贮存计算数据等的随机存储器。中央处理器通过执行存储在只读存储器中的控制程序进行后述那样的横动电机11的控制(横动控制)。另外，运动控制器52及电机激励器51中也可以分别设置微型计算机(中央处理器)，通过各个微型计算机实现各机能。并且，横动控制装置5上连接着用于检测横动电机11的旋转速度的电机旋转检测器(旋转编码器)53、及用于检测卷绕卷装3的旋转速度的卷装旋转检测器54，它们的检测值分别输入横动控制装置5中。

在横动控制装置5的运动控制器52内设置了卷装直径算出装置52a，卷绕中总是根据卷装旋转检测器54的检测值算出卷装的直径。并且，设置在运动控制器52内的指令信号生成装置52b根据预先设定的驱动模式及算出的卷装直径生成用于驱动控制横动电机11的指令信号(运动脉冲)。另外，作为卷装直径的算出方法，可以使用检测卷绕卷装3相对于卷绕辊2的相对位置(摇架32的角度)等及其他方法。

电机激励器51包括含有多个开关元件的驱动电路(图示略)，根据运动控制器52生成的运动脉冲对横动电机11输出驱动信号。输入了电机驱动信号的横动电机11以与运动脉冲的频率相对应的速度被驱动旋转恰好与运动脉冲数相对应的角度。即，电机激励器51利用旋转编码器等的旋转检测器53检测横动电机11的旋转位置，由微型计算机求出上述检测到的旋转位置与位置指令值(运动脉冲数)的偏差，为了使该偏差为零，即为了使检测位置跟随位置指令，进行横动电机11的位置控制。具体地，如后面用图3说明的那样，电机激励器51包括检测电机电流的电流检测装置(电流检测器70)，根据与运动脉冲数相对应的位置指令和由旋转检测器53检测到的现在位置算出速度指令，根据该速度指令值和由旋转检测器53检测到的现在速度算出电流指令值，根据该电流指令值与电流检测值控制横动电机11的励磁。

进行如上所述的横动电机11的驱动控制的横动控制装置5，当往复运动的横动导纱器15位于横动范围的从一端到另一端的往复运动行程内的中央位置时，驱动横动电机11被驱动使该横动导纱器15以高速的恒定速度移动，当横动导纱器15位于横动行程的两端部时，横动电机11被驱动使横动导纱器一边将速度改变到比在中央部时的速度低，一边移动。

具体如图2所示，横动导纱器15的横动行程R分为中央部的恒速区域Rc和两端部的端部区域Re，在恒速区域Rc内，横动导纱器15以规定的引导速度Sg近似匀速地移动。而在端部区域Re，横动导纱器15在转动行程的端部移动速度为零，随着从行程端部向中央侧移动，移动速度上升，到达端部区域Re与恒速区域Rc的交界处达到引导速度Sg。

并且，本发明使相对于转子的实际位置、在相对于该转子位置正好提前了规定的角度的时刻(即提前角度)进行电机线圈的通电控制，使进行提前角控制成为可能。此时，规定了转子的速度及位置(或者横动导纱器15的速度及位置)的横动模式预先存储在只读存储器中，控制横动电机11使其跟随该横动模式。

下面用图3、图4说明对被矢量控制的横动电机11进行提前角控制。在如上所述的指令信号生成装置52b中生成的运动脉冲(指令信号)为表示构成横动电机11的步进电机的目标旋转角度(位置指令信号)的信号。在电机激励器51内，位置控制单元61根据运动脉冲的个数算出的位置指令信号(目标位置)和位置计算单元67以旋转编码器即旋转检测器53检测到的脉冲为基础计算出的位置计算结果(现在位置)生成速度指令信号。具体地，用偏差计算单元60算出的位置指令信号与位置计算结果的偏差和预先设定的放大系数，通过PI控制或者PID控制生成速度指令信号。

速度控制单元62根据位置控制单元61中生成的速度指令信号(目标速度)、和速度计算单元68利用编码器的检测脉冲算出的速度计算结果(现在速度)，生成扭矩电流指令信号(Iqref：q轴目标电流)。具体地，用速度指令信号与速度计算结果的偏差和预先设定的放大系数通过PI控制或者PID控制生成扭矩电流指令信号。磁通电流指令信号(Idref：d轴目标电流)输入提前角励磁位置算出部55a中。在本实施例中，由于转子由永久磁铁形成、确定了转子磁通量，因此这样控制：使磁通电流指令信号为零，只改变上述扭矩电流指令信号，产生与扭矩电流成比例的扭矩。而且，磁通电流指令信号除零以外，也可以取负值。

并且，上述位置计算结果输入提前角励磁位置算出部55a中。提前角励磁位置算出部55a根据位置计算结果算出相对于转子现在的位置具有规定的提前角度的提前角励磁位置。即如图4所示，算出比作用于表示转子现在位置的转子磁通d的扭矩变得最大时的最大扭矩励磁位置(与转子现在的位置相垂直的位置)q正好提前了规定的提前角θ的位置——即提前角励磁位置q′。并且，图4中的d′为表示与提前角励磁位置q′相垂直的方向的磁通的位置，表示赋予了提前角之后的假想的转子位置。并且，提前角θ预先设定储存着。

而且，速度计算单元68的速度计算结果输入提前角励磁位置算出部55a内。提前角励磁位置算出部55a根据表示转子现在速度的速度计算结果改变提前角θ。并且，速度控制单元62中生成的扭矩电流指令信号(Iqref：q轴目标电流)输入提前角励磁位置算出部55a中。提前角励磁位置算出部55a根据扭矩电流指令信号决定付与提前角后扭矩电流指令信号(Iqref′：付与提前角后q轴目标电流)的大小。由此，大小与速度偏差量相对应的定子磁通(扭矩)作用于转子。

根据以上的输入，提前角励磁位置算出部55a生成付与提前角后的磁通电流指令信号(Idref′：付与提前角后d轴目标电流)及付与提前角后扭矩电流指令信号(Iqref′：付与提前角后q轴目标电流)。然后，sin、cos计算单元(三角函数产生单元)77根据位置计算单元67的位置计算结果即电气角度检测信号生成三角函数信号(sin信号及cos信号)。磁通电流控制单元64根据付与提前角后的磁通电流指令信号(Idref′)与实际的磁通电流值(id：d轴电流检测值)输出磁通电压指令信号(d轴电压指令信号)。具体地，用付与提前角后的磁通电流指令信号(Idref′)与实际的磁通电流值(id)的偏差和预先设定的放大系数、通过PI控制或者PID控制生成磁通电压指令信号。

扭矩电流控制单元63根据付与提前角后的磁通电流指令信号(Idref′)和实际的扭矩电流值(iq：q轴电流检测值)输出扭矩电压指令信号(q轴电压指令信号)。具体地，用付与提前角后的扭矩电流指令信号(Iqref′)与实际的扭矩电流值(iq)的偏差和预先设定的放大系数，通过PI控制或者PID控制生成扭矩电压指令信号。坐标变换单元(dq/AB相变换单元)65根据三角函数信号将磁通电压指令信号及扭矩电压指令信号变换成定子电压指令信号(A相电压指令信号及B相电压指令信号)。

A、B相波形输出单元(PWM逆变器)66根据定子电压指令信号将A相及B相电压提供给步进电机。即，A、B相波形输出单元66为电力变换单元，包括PWM调制器(图示略)及驱动电路(图示略)，PWM调制A相及B相电压指令，通过基极激励电路控制包括多个开关元件的驱动电路的开关。并且，速度位置检测器53伴随横动电机11的旋转检测电机转子的绝对位置。例如，速度位置检测器53可以使用生成与步进电机的输出轴的旋转角度相对应的检测脉冲(绝对位置脉冲)的光学式编码器。可以不使用光学式编码器而使用分相器或霍耳元件等，或者也可以使用速度计检测旋转角速度、将其积分输出。

并且，由上述电流检测器70、70检测到的电机电流被电流取样器79通过数/模转换器78、78作为A相电流值IA、B相电流值IB抽出。该A相电流值IA及B相电流值IB根据sin、cos计算单元77中生成的三角函数信号被坐标变换单元(AB/dq相变换单元)80变换成d相电流值id及q相电流值iq。

并且，位置计算单元67以速度位置检测器53的检测信号为基础，通过信号处理单元69算出转子现在的位置。另一方面，速度计算单元68以速度位置检测器53的检测信号为基础，通过信号处理单元69算出转子现在的速度。并且，电流检测器70为检测横动电机11的电机电流的构件，分别设置了A相及B相电流检测器70。而且，通过上述扭矩电流控制单元63、磁通电流控制单元64、坐标变换单元(dq/AB相变换单元)65及A、B相波形输出单元(PWM逆变器)66构成控制对电机线圈通电、使通过对电机线圈通电产生的磁通的方向处于上述提前角励磁位置的通电控制装置。并且，d-q坐标为随着转子的旋转而旋转的转子坐标，d轴为沿转子磁通的坐标轴，q轴为与d轴垂直的坐标轴。

这样，通过根据转子位置控制扭矩电流、进行矢量控制，能够控制横动电机11的速度和使扭矩达到高性能。由此，不仅能够使横动导纱器的位置精度更高，而且能够使横动端部的旋转速度更高。因此，能够改善卷绕卷装3的卷绕形状，能够提高后续工序的解舒性。并且，用于横动电机11的控制的矢量控制为这样的一种方法：它通过将检测到的电机电流(A相及B相电流)变换成与转子同步旋转的旋转电机坐标系(d-q坐标系)后，将电机电流分割成d轴成分(用于产生磁通的电流)和q轴成分(对产生扭矩起作用的电流)控制，总是产生与转子磁通垂直的方向的定子磁通。

并且，在本实施例中虽然备有检测横动电机11的转子现在的速度的速度位置检测器53，但也可以构成为根据检测到的转子现在的速度变更提前角。即，根据速度位置检测器53检测到的转子现在的速度用提前角励磁位置算出部55a设定提前角。这样，通过根据转子现在的速度改变提前角，可以例如预先设定规定的基准速度，当转子现在的速度比基准速度大时增大提前角，当比基准速度慢时减小提前角。并且，也可以改变提前角的大小使之与转子现在的速速成比例。无论 在哪种情况下，转子现在的速度与提前角的关系只要预先设定储存好就可以，或者最好将该关系作为参数预先使其能够设定变更。由此能够根据转子现在的速度自动地改变提前角。通过这样的构成，能够使提前角总为最合适的值，能够总是在好的时机产生有效的扭矩。并且，不管横动的速度如何，总是能够将提前角维持在最合适的值，能够实现高精度的位置控制，能够进一步提高卷绕卷装在后续工序的解舒性。

而且，本发明的横动控制装置也可以构成为根据横动导纱器15现在的位置改变提前角。例如，可以构成为：在图4中，在提前角励磁位置算出部55a的内部或者外部设置导纱器位置检测装置，检测横动导纱器15现在的位置，当横动导纱器15位于上述横动行程R内的中央部即恒速区域Rc时和位于其两端即端部区域Re时改变提前角。即，在被高速驱动的恒速区域Rc的范围内能够控制增大提前角，在被低速驱动的端部区域Re的范围内能够控制减小提前角。此时，横动导纱器的位置与提前角的位置关系只要预先设定储存就可以，或者最好将该关系作为参数预先使其能够设定变更。由此能够根据横动导纱器的位置自动地改变提前角。

例如，横动导纱器15现在位置的检测可以通过横动电机11的转子反转(横动导纱器反转)后，用计数器测算由旋转检测器53检测到的信号脉冲数进行。因此，在恒速区域Rc及端部区域Re各区域，提前角能够分别设定为最合适的值，能够提高在恒速区域Rc内的最大速度，能够使横动高速化。并且，在端部区域Re，能够进行迅速加减速度，不仅能够防止在卷装3的端部产生边缘增高，而且能够在包括横动导纱器15的反转位置的端部区域Re内进行高精度的位置控制，能够防止跳花或试图改善卷绕卷装3的卷绕形状。并且，不管横动的位置如何，总能将提前角维持在最合适的值、实现高精度的位置控制，能够进一步提高卷绕卷装在后续工序中的解舒性。

并且，虽然如前所述进行位置控制以使横动电机11跟随输入的位置指令，但由提前角励磁位置算出部55a进行的提前角控制能够构成为根据输入的目标励磁位置和转子现在的位置改变提前角。例如，能够连续地改变提前角使之与目标励磁位置与转子现在的位置之差的大小成比例。该构成能够通过将图3中位于位置控制单元61之前的偏差计算单元60的输出(位置偏差)提供给提前角励磁位置算出部55a实现。而且，转子的目标位置只要根据位置指令(运动脉冲数)算出就可以。

例如，当转子的目标位置与现在位置的偏差大时(落后于目标位置大时)可以增大提前角，当偏差小时(落后于目标位置小时)可以减小提前角。此时，偏差与提前角的关系只要预先设定储存就可以，或者最好将该关系作为参数预先使其能够设定变更。由此，能够根据转子对目标位置的追随性自动地改变提前角。这样，通过根据对被驱动的转子的位置指令的跟随程度改变提前角，即使在例如负载状态改变了的情况下，也能够总是将提前角保持在最合适的状态实现高精度的位置控制，能够提高在后续工序的解舒性。

并且，虽然通过进行上述那样的提前角控制能够提高横动电机11的扭矩，但由于如果提前角过大，反而会降低扭矩，因此在上述提前角励磁位置算出部55a上备有控制提前角上限的限制器。这样，通过设置限制器，能够防止提前角过大、使横动电机11的扭矩减小。由此能够防止由于位置精度低而产生卷绕卷装形状的不良。

而且，如果采用该矢量控制，能够改善横动电机11的扭矩特性，能够在从低速区域到高速区域获得稳定的扭矩特性。

发明效果

本发明由于采用如上所述的构成，因此起到如下的效果。即，本发明的为了使横动导纱器往复运动而控制横动电机的正反向驱动的横动控制装置，由于包括检测横动电机的转子的现在位置的位置检测器，根据该位置检测器检测到的现在位置以相对于转子的现在位置正好提前了规定的角度的时机对电机线圈进行通电的提前角控制装置，因此不仅能够使横动导纱器的位置精度更高，而且使在横动的端部高速旋转成为可能。因此，能够改善卷绕卷装的卷绕形状，能够提高在后续工艺的解舒性。

而且，由于包括检测转子现在的速度的速度检测装置，上述提前角控制装置根据转子现在的速度改变提前角，因此不管横动速度如何，总能将提前角维持在最合适的值，能够实现高精度的位置控制，能够提高卷绕卷装在后续工艺的解舒性。

由于上述提前角控制装置根据横动导纱器现在的位置改变提前角，因此不管横动位置如何，总能将提前角维持在最合适的值，能够实现高精度的位置控制，能够提高卷绕卷装在后续工艺的解舒性。

由于上述提前角控制装置根据转子的目标位置与现在位置的偏差改变提前角，因此总能将提前角维持在最合适的状态、实现高精度的位置控制，能够提高在后续工艺的解舒性。

而且，由于上述提前角控制装置具有将提前角限制在预先设定的上限值以内的限制器，所以能够防止由于位置精度的低下而产生卷绕卷装的形状不良。

Claims (5)

1.一种横动控制装置，为了使横动导纱器往复运动而控制横动电机的正反向驱动，其特征在于，包括：检测横动电机的转子的现在位置的位置检测器；和提前角控制装置；

所述提前角控制装置包括：提前角励磁位置算出部，根据所述位置检测器检测到的现在位置，算出相对于转子的现在位置具有规定的提前角量的提前角励磁位置；通电控制装置，根据所述提前角励磁位置算出部算出的提前角励磁位置，在相对于转子的现在位置正好前进了规定提前角量的时刻，对电机线圈进行通电。

2.如权利要求1所述的横动控制装置，其特征在于，包括检测转子现在的速度的速度检测装置，上述提前角控制装置根据转子现在的速度改变提前角量。

3.如权利要求1所述的横动控制装置，其特征在于，上述提前角控制装置根据横动导纱器现在的位置改变提前角量。

4.如权利要求1所述的横动控制装置，其特征在于，上述提前角控制装置根据转子的目标位置与现在位置的偏差改变提前角量。

5.如权利要求2～4中任一项所述的横动控制装置，其特征在于，上述提前角控制装置具有将提前角量限制在预先设定的上限值以内的限制器。

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