CN1456723A

CN1456723A - 电子送经控制系统和方法

Info

Publication number: CN1456723A
Application number: CN 03116881
Authority: CN
Inventors: 何永义; 周其洪; 郭帅; 吴琪
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Shanghai University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2003-11-19

Abstract

一种用于织机的电子送经控制系统和用于该系统的控制方法。该控制系统主要包括主控制器、张力传感器和伺服系统。主控制器采用高速数字信号处理器芯片；张力传感器在一个织布周期的多个时刻监测经纱张力，并把与之成比例的信号送至主控制器；主控制器用算得的控制量来控制伺服系统的交流伺服电机的运转。该控制方法包括由初始状态自动算出一个控制量；根据张力偏差算出另一个控制量；再由上述两个控制量之和实时地控制伺服系统。

Description

电子送经控制系统和方法

技术领域

本发明涉及用于织机的电子送经控制系统和方法。

背景技术

为了能够织出高质量的布，要用送经控制系统来控制经纱的张力，从而使送经量均匀。目前，国内织机的送经控制系统大部分为机械送经控制系统。它通过一系列的机械结构(杠杆、齿轮、弹簧、皮带等)来控制送经量。实践表明，机械送经控制系统使得织机的结构复杂，滞后严重，柔性差，精度不高。此外，随着织机高强度的工作，将造成机械磨损，从而使得精度下降。因此，机械送经控制系统只能用于中低档织机。

国内也有几家单位进行了电子送经控制系统的开发，这些产品的主控制器采用可编程的逻辑控制器(PLC)或单片机，电机采用力矩电机或步进电机，控制方式为开环速度控制。程序控制过程为：在一个织布周期一般为(100ms-150ms)内，通过张力传感器采样9-12个信号，并计算出平均张力值，作为下一纬纱送经量的依据。将一个织布周期的平均张力值与设定张力值进行比较，依据张力值的变化不断改变送经电机的电压频率，以改变电机转速，并决定织轴的正转、反转或不转，从而送出不同长度的经纱来稳定经纱张力。或者通过发送给步进电机的脉冲来控制经纱的张力。目前国产的电子送经控制系统的主控制器速度较慢，算法也较简单，因此很难控制好张力。由于这些技术原因，它们尚未得到国内外的认可。

一般说来，国外尚未把电子送经控制系统做成单独的产品，而是将它集成在整个织机控制器中。电机采用步进电机或伺服电机，控制方式为开环速度控制。这些电子送经控制系统的开放性较差，不易对织机进行改造。另外，它们往往专用于特定的织机，柔性差，对用户而言成本较高。现在德国的百格拉公司研制出了单独的电子送经控制系统，它采用步进电机，但较难适应高速、高精度的要求。总之，国外的电子送经控制系统产品也有许多值得改进之处。

综上所述，目前国内外的电子送经控制系统有如下的不足之处：

1.单片机和PLC的处理速度较慢，若把它们用作控制器，就难于采用优良的算法，在高速下不能保证实时性。

2.将一个织布周期的平均张力值与设定张力值进行比较，是以一个织布周期为单位进行的间接控制，难于达到理想的控制目的。其实，要保证织出的布符合要求，最为关键的是要控制各个织布周期的相应位置经纱张力的一致性，而不是控制经纱的平均张力。

3.简单的算法很难适应一个时变、非线性的送经控制系统(例如，送经布轴的轴径不断变小，以及其他一些因素)，因而很难控制好张力。

4.开环控制限制了响应的准确性和快速性，不能满足高档织机的要求。

5.速度控制的波动较大，容易受外界一些意外情况的影响，难于精确控制织轴的转角，亦即难于精确控制送经量。

发明内容

鉴于当前的电子送经控制系统具有上述缺点，本发明的一个目的在于提供一种电子送经控制系统，包括主控制器、张力传感器和伺服系统，其中，所述主控制器采用高速数字信号处理器(DSP)芯片；安装在织机上的所述张力传感器把与经纱张力成比例的模拟电压信号输出至所述主控制器；所述伺服系统为交流伺服系统，包括伺服驱动器和交流伺服电机，所述主控制器根据算得的控制量经外部接口电路控制所述交流伺服电机的转速和转向。

本发明的电子送经控制系统还包括码盘，它经电平转换芯片与主控制器芯片的相应端口相连，用于在程序执行过程中在特定位置产生中断。

本发明的电子送经控制系统还包括外部数据随机存取存储器(RAM)，它的地址线、数据线和片选线分别于主控制器芯片的相应端口相连，主要用于存放程序执行过程中的数据。

本发明的电子送经控制系统还包括掉电保护电可擦只读存储器(EEPROM)，它与主控制器芯片的相应端口相连，主要用于存放掉电时系统的一些重要参数。

本发明的电子送经控制系统还包括键盘输入电路，它包含多个与主控制器芯片相应端口相连的相互独立的按键开关。

本发明的电子送经控制系统还包括通过接口电路与主控制器芯片相连的液晶显示模块，它与所述按键开关相结合，用于经纱张力显示、张力设定等功能。

本发明的电子送经控制系统还包括与主控制器芯片相连的外部仿真JTAG接口，用于将程序通过它下载到芯片的FLASH中。

本发明的另一个目的是提供一种用于电子送经控制系统的控制方法，其中，所述控制方法包括下述步骤：由初始状态自动算出一个控制量；在一个织布周期的多个时刻由张力传感器检测经纱的张力，并由主控制器根据张力偏差算出另一个控制量；由上述两个控制量之和实时地控制交流伺服系统。

在本发明的控制方法中，使用智能模糊比例积分微分(PID)算法来计算所述另一个控制量，该算法的程序包括模糊算法子程序和PID算法子程序。

附图说明

图1是电子送经控制系统的硬件电路框图。

图2是电子送经控制系统的硬件电路原理图，其中：

图2.1示出主控制芯片、键盘输入电路、锁相环滤波电路、JTAG接口电路；

图2.2示出复位电路；

图2.3示出晶振电路；

图2.4示出掉电保护EEPROM电路；

图2.5示出外部数据RAM电路；

图2.6示出液晶显示接口电路；

图2.7示出码盘电平转换电路；

图2.8示出码盘、电源、传感器、电机驱动器外部接口电路；

图2.9示出5V-3.3V转换电路；

图2.10-2.12示出滤波电路；

图2.13示出模拟信号调整电路；

图2.14示出电源指示电路；

图2.15示出程序烧写控制电路；

图2.16示出主控制芯片相关引脚上拉电路。

图3是系统软件框图，其中：

图3.1电子送经控制方法的总程序框图；

图3.2是码盘中断程序框图；

图3.3是模糊算法子程序框图；

图3.4是PID算法子程序框图。

具体实施方式

图1是本发明的电子送经控制系统的硬件框图。

图2示出本发明的电子送经控制系统的硬件电路原理图，其中：

图2.1示出主控制芯片、键盘输入电路、锁相环滤波电路、JTAG接口电路。主控制器采用DSP芯片TMS320LF2407A。系统的按键开关为五个，采用独立按键形式，分别由主控制芯片TMS320LF2407A的端口IOPE1-IOPE5控制。其软件结构简单，主要结合液晶显示模块来完成经纱张力显示、张力设定等功能。程序通过外部仿真JTAG接口下载到芯片的FLASH中。

图2.3示出的晶振电路采用10MHz的晶振频率，经主控制芯片TMS320LF2407A的锁相环电路倍频后可以得到系统所需的时钟工作频率。

图2.4示出掉电保护EEPROM电路，采用24LC16，它主要用于存放掉电时系统的一些重要参数，用主控制芯片TMS320LF2407A的端口IOPE0、IOPE7和IOPC3分别控制24LC16B的SCL、SDA和WP，该存储器是I2C接口，操作简单，用软件模拟操作时序。

图2.5示出外部数据RAM电路，采用IS61LV6416-8T，它主要用于存放程序执行过程中的数据，其地址线、数据线、片选线等分别与主控制芯片TMS320LF2407A的相应接口相连。

图2.6示出液晶显示接口电路，液晶显示模块采用内置SED1520控制器的12232D型液晶模块，主要结合按键来完成经纱张力显示、张力设定等功能。它采用间接控制方式与主控制芯片TMS320LF2407A相连，用该芯片的IOPB0-IOPB7控制液晶模块的数据线，用IOPC4-IOPC7分别控制A0、R/W、E2、E1。用软件模拟操作时序。

图2.7示出码盘电平转换电路，它采用采用74LVTH245A，用于完成5V至3.3V的转换。

图2.8示出码盘、电源、传感器、电机驱动器外部接口电路。码盘采用OMRON公司的360线光电码盘，主要用来产生在程序执行过程中特定位置的中断。它的端口A、B、Z经电平转换芯片74LVTH245A转换后分别与主控制芯片TMS320LF2407A的QEP1、QEP2、CAP3相连，主控制芯片TMS320LF2407A的事件管理模块的计数器对码盘脉冲进行计数，当脉冲计数与设定值相同时，产生中断。

图2.9示出5V-3.3V转换电路，采用TPS73HD318。系统的输入电压为5V，而系统的大多数芯片所需的供电电压为3.3V，故由电源转换芯片来完成5V到3.3V的转换。该芯片的9、10脚接地，11、12脚为输入脚，接+5V输入电源，17、18脚为输出脚，电压为3.3V。

图2.10至图2.12示出滤波电路，系统所需的其他电压分别由这两种电压经过电感电容滤波后得到。

图2.13示出模拟信号调整电路，主控制芯片TMS320LF2407A的A/D模块的参考电压VREFHI、VREFLO可通过分别调节可调电阻R3、R4得到。

图2.14至图2.16分别示出电源指示电路、程序烧写控制电路以及主控制芯片相关引脚上拉电路。

系统由安装在织机上的张力传感器实时地检测经纱的张力，由张力传感器把张力转化为成比例电压信号。该信号由主控制芯片TMS320LF2407A的A/D模块的ADCIN00通道接收，经A/D转换成数字信号。

系统采用的电机为安川公司的750W交流伺服电机。由主控制芯片TMS320LF2407A的端口PWM12和IOPF6分别控制交流伺服驱动器的PULSE和SIGN，即由PWM12发出相应频率和数量的脉冲来控制伺服电机的转速，PWM12发出脉冲的数量是通过反馈回TCLINKB，由程序产生的中断决定的，IOPF6控制伺服电机的转向。

系统的总程序框图如图3.1所示，它在初始化得出一个控制量之后，就连续不断地执行等待码盘中断的操作，由此不断与张力偏差对应的另一个控制量，然后由这两个控制量之和去控制交流伺服电机。因此，系统采用的是位置控制和小偏差微量调整控制方法。

码盘中断程序框图如图3.2所示，在读出代表经纱张力的A/D转换结果后，即先后调用模糊子程序和PID子程序，最后得出控制交流伺服电机转速和转向的控制量，由此实时地驱动伺服电机。

系统采用智能模糊PID算法，图3.3和图3.4分别示出模糊算法子程序和PID算法子程序框图。由于在控制过程中在线整定PID的三个参数，因此系统具有较好的动态特性、稳定性、适应性以及较强的抗干扰能力。

实时性好、控制精确、平稳，具有自适应调节能力是本系统采用的控制方案的优点。

Claims

1.一种电子送经控制系统，包括主控制器、张力传感器和伺服系统，其特征在于，所述主控制器采用高速数字信号处理器芯片；安装在织机上的所述张力传感器把与经纱张力成比例的模拟电压信号输出至所述主控制器；所述伺服系统为交流伺服系统，包括伺服驱动器和交流伺服电机，所述主控制器根据算得的控制量经外部接口电路控制所述交流伺服电机的转速和转向。

2.如权利要求1所述的电子送经控制系统，其特征在于，还包括码盘，它经电平转换芯片与主控制器芯片的相应端口相连，用于在程序执行过程中在特定位置产生中断。

3.如权利要求1所述的电子送经控制系统，其特征在于，还包括外部数据RAM，它的地址线、数据线和片选线分别于主控制器芯片的相应端口相连，主要用于存放程序执行过程中的数据。

4.如权利要求1所述的电子送经控制系统，其特征在于，还包括掉电保护RAM，它与主控制器芯片的相应端口相连，主要用于存放掉电时系统的一些重要参数。

5.如权利要求1所述的电子送经控制系统，其特征在于，还包括键盘输入电路，它包含多个与主控制器芯片相应端口相连的相互独立的按键开关。

6.如权利要求1所述的电子送经控制系统，其特征在于，还包括通过接口电路与主控制器芯片相连的液晶显示模块，它与所述按键开关相结合，用于经纱张力显示、张力设定等功能。

7.如权利要求1所述的电子送经控制系统，其特征在于，还包括与主控制器芯片相连的外部仿真JTAG接口，用于将程序通过它下载到芯片的FLASH中。

8.一种用于电子送经控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括下述步骤：由初始状态自动算出一个控制量；在一个织布周期里的多个时刻由张力传感器检测经纱的张力，并根据张力偏差算出另一个控制量；由上述两个控制量之和实时地控制交流伺服系统。

9.如权利要求8所述的用于电子送经控制系统的控制方法，其特征在于，使用智能模糊PID算法来计算另一个控制量，该算法的程序包括模糊算法子程序和PID算法子程序。