一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統技術方案

一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，采用X、Z雙軸聯動控制，直流無刷電機帶動機針沿Z軸上下往復運動，而步進電機則帶動機針沿X軸擺動，兩者相互配合進而實現平面上各種圖案的縫制。該控制系統利用高性能控制用數字信號處理器作為工業曲折縫縫紉機控制系統的核心，同時結合縫紉機特性使用反射式光電傳感器作為x軸橫向運動的觸發信號，提高了控制系統的響應速度，增加了控制精度。

【技術實現步驟摘要】
一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統所屬
本專利技術涉及一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，適用于機械領域。
技術介紹
曲折縫是縫制過程中的一道關鍵的工序，主要實現各種圖案花紋的縫制，同時工業曲折縫縫紉機也廣泛應用于服裝、針織、皮革等行業。與普通平縫機相比，由于需要在高速運行(5000r/min)狀態下進行兩軸聯動控制，對系統響應速度和兩軸的配合要求很高，增加了控制的難度。目前，國內的曲折縫縫紉機還未實現電子控制。
技術實現思路
本專利技術提出了一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，利用高性能控制用數字信號處理器作為工業曲折縫縫紉機控制系統的核心，同時結合縫紉機特性使用反射式光電傳感器作為x軸橫向運動的觸發信號，提高了控制系統的響應速度，增加了控制精度。本專利技術所采用的技術方案是：所述縫紉機采用X、Z雙軸聯動控制，直流無刷電機帶動機針沿Z軸上下往復運動，而步進電機則帶動機針沿X軸擺動，兩者相互配合進而實現平面上各種圖案的縫制。控制器分為上下兩部分，下位機主控板以TI公司的電機控制用DSP芯片TMS320LF2407A為核心，通過控制直流無刷電機和步進電機進而實現各種圖案的縫制。上位機置于縫紉機機頭上，實現控制面板的功能，CPU為華邦78E52單片機，負責各種縫制參數的設置與顯示。考慮到高速縫紉機對通信實時性的要求，雙CPU之間直接利用并行I/0口進行數據交換。作為控制系統的核心CPU，LF2407ADSP具有40MIPS的執行速度，16位字長。配合專用的PWM脈沖發生器、A/D轉換器、數字10接口等用于控制的片上外設，使得它們從硬件機制上可以較好的滿足電機控制系統的要求。由于縫制速度受踏板和上位機速度調節的控制，因此需要對直流無刷電機進行凋速，又機針停止時需停于特定的上停針和下停針位，所以同時也要進行位置伺服控制，二對直流無刷電機的調速采取雙閉環結構，它包括一個速度調節環和一個電流調節環。首先，根據電機安裝的霍爾傳感器檢測到的轉子位置信號，計算得到當前轉速，然后，與速度參考值比較，得到速度誤差信號，經過一個PI控制器調節以后，得到相應的電流參考信號；該電流參考信號與從旁路電阻測量到的電機相電流信號進行比較，誤差值經PI控制器調節后，將適當的PWM信號施加到MOS.FET管驅動器上，驅動器通過控制MOSFET管的開通關斷順序和時間，進而實現對直流無刷電機轉速的控制。當電機處于運行狀態時，速度參考值由上位機的設定值和踏板位置共同給出；而當電機停止時，由于有停止位置的要求，此時構成一個三閉環結構，上停針位或下停針位對應的角位置與光電編碼器測量的轉角位置比較后，經過一個P控制器，并將此控制器的輸出作為速度參考值。為實現直流無刷電機和步進電機的相互配合，在直流無刷電機的定子上同步安裝一個反射式光電開關傳感器，反射鋁箔安裝于電機轉子帶動的轉盤所對應上停針的角位置。當電機轉到上停針位置時，觸發光電傳感器產生脈沖信號，該脈沖信號被DSP的捕獲單元捕捉到并同時觸發DSP的中斷，進而在該中斷子程序中驅動步進電機沿X軸橫向運動。通過這種設汁，保證了在伺服電機高速運轉下能夠快速實時地并行完成步進電機的動作。所述步進電機直接使用兩相微步進電機驅動器，脈沖序列由DSP的PWM發生器產生。DSP利用SN74LVC4245A(電平轉換加總線驅動)與上位機進行通信，握手信號觸發DSP的外部中斷，然后在外部中斷子程序中讀取上位機的數據，并進行預處理，以簡化運行時的計算負荷，通信在運行過程時關閉。倒縫、切線、挑線、撥線電磁鐵均為直流電磁鐵，這里直接用MOSFET管驅動，通過控制各電磁鐵的開關時間進而實現自動倒縫和自動切線的功能。所述上位機硬件結構，主要完成十余個鍵和將近70個參數的輸入和存儲的工作。這些輸入參數經過歸一化后，部分參數存儲在本地，其余參數發送給下位機，與下位機的通訊直接由單片機的并行I/0實現。調速變阻器的信號經過A/D轉換后送給78E52，然后通過通訊程序發給下位機。反過來，下位機將相應的狀態信號和底線計數值發給上位機以鎖定鍵盤和進行數據顯示。本專利技術的有益效果是：整個系統設計簡潔，大幅提高了曲折縫的縫制效率，同時還可推廣應用到其它兩軸聯動的縫紉機、繡花機和雕刻機上，具有很好的經濟前景。附圖說明圖1是本專利技術的主控板硬件結構圖。圖2是本專利技術的上位機硬件結構圖。圖3是本專利技術的有限狀態機模型圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，縫紉機采用X、Z雙軸聯動控制，直流無刷電機帶動機針沿z軸上下往復運動，而步進電機則帶動機針沿X軸擺動，兩者相互配合進而實現平面上各種圖案的縫制。控制器分為上下兩部分，下位機主控板以TI公司的電機控制用DSP芯片TMS320LF2407A為核心，通過控制直流無刷電機和步進電機進而實現各種圖案的縫制。上位機置于縫紉機機頭上，實現控制面板的功能，CPU為華邦78E52單片機，負責各種縫制參數的設置與顯示。考慮到高速縫紉機對通信實時性的要求，雙CPU之間直接利用并行I/0口進行數據交換。作為控制系統的核心CPU，LF2407ADSP具有40MIPS的執行速度，16位字長。配合專用的PWM脈沖發生器、A/D轉換器、數字10接口等用于控制的片上外設，使得它們從硬件機制上可以較好的滿足電機控制系統的要求。由于縫制速度受踏板和上位機速度調節的控制，因此需要對直流無刷電機進行凋速，又機針停止時需停于特定的上停針和下停針位，所以同時也要進行位置伺服控制，二對直流無刷電機的調速采取雙閉環結構，它包括一個速度調節環和一個電流調節環。首先，根據電機安裝的霍爾傳感器檢測到的轉子位置信號，計算得到當前轉速，然后，與速度參考值比較，得到速度誤差信號，經過一個PI控制器調節以后，得到相應的電流參考信號；該電流參考信號與從旁路電阻測量到的電機相電流信號進行比較，誤差值經PI控制器調節后，將適當的PWM信號施加到MOS.FET管驅動器上，驅動器通過控制MOSFET管的開通關斷順序和時間，進而實現對直流無刷電機轉速的控制。當電機處于運行狀態時，速度參考值由上位機的設定值和踏板位置共同給出；而當電機停止時，由于有停止位置的要求，此時構成一個三閉環結構，上停針位或下停針位對應的角位置與光電編碼器測量的轉角位置比較后，經過一個P控制器，并將此控制器的輸出作為速度參考值。如圖2，為實現直流無刷電機和步進電機的相互配合，在直流無刷電機的定子上同步安裝一個反射式光電開關傳感器，反射鋁箔安裝于電機轉子帶動的轉盤所對應上停針的角位置。當電機轉到上停針位置時，觸發光電傳感器產生脈沖信號，該脈沖信號被DSP的捕獲單元捕捉到并同時觸發DSP的中斷，進而在該中斷子程序中驅動步進電機沿X軸橫向運動。通過這種設汁，保證了在伺服電機高速運轉下能夠快速實時地并行完成步進電機的動作。步進電機直接使用兩相微步進電機驅動器，脈沖序列由DSP的PWM發生器產生。DSP利用SN74LVC4245A(電平轉換加總線驅動)與上位機進行通信，握手信號觸發DSP的外部中斷，然后在外部中斷子程序中讀取上位機的數據，并進行預處理，以簡化運行時的計算負荷，通信在運行過程時關閉。倒縫、切線、挑線、撥線電磁鐵均為直流電磁鐵，這里直接用MOSFET管驅動，通過控制各電磁鐵的開關時間進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，其特征是：所述縫紉機采用X、Z雙軸聯動控制，直流無刷電機帶動機針沿Z軸上下往復運動，而步進電機則帶動機針沿X軸擺動，兩者相互配合進而實現平面上各種圖案的縫制。

【技術特征摘要】
1.一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，其特征是：所述縫紉機采用X、Z雙軸聯動控制，直流無刷電機帶動機針沿Z軸上下往復運動，而步進電機則帶動機針沿X軸擺動，兩者相互配合進而實現平面上各種圖案的縫制。2.根據權利要求1所述的一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，其特征是：所述控制器分為上下兩部分，下位機主控板以TI公司的電機控制用DSP芯片TMS320LF2407A為核心，通過控制直流無刷電機和步進電機進而實現各種圖案的縫制。3.根據權利要求1所述的一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，其特征是：所述上位機置于縫紉機機頭上，實現控制面板的功能，CPU為華邦78E52單片機，負責各種縫制參數的設置與顯示，考慮到高速縫紉機對通信實時性的要求，雙CPU之間直接利用并行I/0口進行數據交換。4.根據權利要求1所述的一種高速工業曲折縫縫紉機的控制系統，其特征是：作為控制系統的核心CPU，LF2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許亞夫，
申請(專利權)人：許亞夫，
類型：發明
國別省市：遼寧,21