基于DSP的工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　引言

　　傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)，主軸驅(qū)動(dòng)大多采用離合器電機(jī)，縫制過程中的動(dòng)作都靠機(jī)械和人工配合完成，存在效率低、體積大、調(diào)速范圍窄、位置控制難、自動(dòng)化程度低。另一方面，傳統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)，由于主軸驅(qū)動(dòng)靠離合器電機(jī)，通電后不管機(jī)器是否正處于縫制狀態(tài)，電機(jī)都一直在高速運(yùn)轉(zhuǎn)耗電，不能實(shí)現(xiàn)有縫制動(dòng)作時(shí)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有縫制動(dòng)作時(shí)機(jī)器停止，從而造成了大量電能浪費(fèi)。

　　近年來德國杜克普(DURKOOP)，日本重機(jī)(JUKI)，日本兄弟(BROTHER)等國外公司，相繼推出了縫紉機(jī)電腦控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了縫制動(dòng)作的自動(dòng)化，大大提高了工作效率，降低了能耗，深受市場(chǎng)歡迎，但其價(jià)格一直居高不下，國內(nèi)一般企業(yè)很難承受。為此開發(fā)低能耗、高可靠性，能實(shí)現(xiàn)較寬的調(diào)速范圍、精確快速的位置控制并且價(jià)格低廉的高速工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)，替代進(jìn)口，將會(huì)具有很好的市場(chǎng)前景。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成的是整體電控縫紉機(jī)的總體技術(shù)方案，它是完成電控縫紉機(jī)設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵的一個(gè)步驟，該電控系統(tǒng)主要包括控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、編碼器、傳感器、電磁鐵等幾個(gè)部分，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　控制器

　　圖1的控制器作為工業(yè)縫紉機(jī)控制系統(tǒng)的核心，一方面產(chǎn)生伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送給驅(qū)動(dòng)器控制縫紉機(jī)完成定針位，并完成各種不同線跡的控制功能，另一方面產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)給功率開關(guān)電路，完成縫紉機(jī)的剪線、撥線、前后加固、抬壓腳等動(dòng)作?？刂破鞯膭?dòng)作需要電機(jī)編碼器信號(hào)、機(jī)頭同步信號(hào)、腳踏板加減信號(hào)、電機(jī)電流傳感器信號(hào)等信號(hào)的參與運(yùn)算，以協(xié)調(diào)整個(gè)機(jī)器完成相應(yīng)動(dòng)作。該控制器的硬件電路如圖2所示。

　　該控制器的主體核心采用TMS320F2406 DSP(U4)進(jìn)行程序編程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)實(shí)行磁場(chǎng)定向控制。對(duì)永磁同步電機(jī)實(shí)行磁場(chǎng)定向控制的原理框圖如圖3。

　　通過電流傳感器測(cè)量逆變器輸出的定子電流iA、iB，經(jīng)過DSP的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并利用iC=-(iA+ iB)計(jì)算出iC。通過Clarde變換將電流iA、iB、iC變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量isq、isd，isq、isd作為電流環(huán)的負(fù)反饋量。

　　利用增量式編碼器測(cè)量電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移qm，并將其轉(zhuǎn)換成電角度qe和轉(zhuǎn)速n。電角度qe用于參與Park變換和逆變換的計(jì)算。轉(zhuǎn)速n作為速度環(huán)的負(fù)反饋量。

　　給定轉(zhuǎn)速nref與轉(zhuǎn)速反饋量n的偏差經(jīng)過速度PI調(diào)節(jié)器，其輸出作為用于轉(zhuǎn)矩控制的電流q軸參考分量isqref。isqref和 isdref(等于零)與電流反饋量isq、isd的偏差經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)器，分別輸出dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的相電壓分量Vsqref和Vsdref。 Vsqref和Vsdref再通過park逆變換轉(zhuǎn)換成a b直角坐標(biāo)系的定子相電壓矢量的分量Vsaref和Vsbref。

　　當(dāng)定子相電壓矢量的分量Vsaref、Vsbref和其所在的扇區(qū)數(shù)已知時(shí)，就可以利用電壓空間矢量SVPWM技術(shù)，產(chǎn)生PMW控制信號(hào)來控制逆變器。

　　以上操作可以全部采用軟件來完成，從而實(shí)現(xiàn)三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的全數(shù)字實(shí)時(shí)控制。