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1、针织技术IK n i t t i n gT e c h n o l o g y 卜章提出一种经编用的基于D S P 电子横移系统。以D S P 控制器为控制核心,工控机为系统支持。交流位置 夕。伺服系统和滚珠丝杠为执行机构,光栅反馈装置为检测装置,实现了经编机电子横移的准确执行和花型 变换,参数修改的快速完成,希望能为国内经编机的机械式梳栉横移机构向电子梳栉横移机构的改造提供一 定的理论支持。 I nt h i sp a p e r ,t h ea u t h o r sp u tf o r w a r de l e c t r o n i cl a p p i n gs y s t e mo
2、 nw a r pk n i t t i n gm a c h i n eb a s e do nD S RA sf o rt h e s y s t e m ,t h ea u t h o r su s e dD S Pc o n t r o l l e rf o rc o r ec o n t r o l ,I P Cf o rs u p p o r ts y s t e m ,A Cp o s i t i o ns e r v os y s t e m sa n db a l l s c r e wf o re x e c u t i n ga g e n c y ,a n dg r a
3、 t i n gf e e d b a c kd e v i c ef o rd e t e c t i o nd e v i c e ,w h i c hr e a l i z e da c c u r a t ei m p l e m e n t a t i o n o fe l e c t r o n i cl a p p i n gs y s t e m ,r a p i dc o m p l e t i o no fp a t t e r n i n gt r a n s f o r m a t i o na n dm o d i f y i n gp a r a m e t e r
4、 s 基于D SP 的经编机电子横移系统探讨 E l e c t r o n i cL a p p i n g 汕t e mo fW a r pK n i t t i n gM a c h i n eB a s e d0 nD S P 近1 0 年来,国外经编机的自动 化水平有了明显的提高,在新型经编 机上普遍采用了自动化技术,尤其是 现在许多先进的新型经编机都已采用 了电子横移系统。该系统具有花型变 化快、操作方便等优势,但国内对这方 面的研究还不够深入。本文将对一种 基于D S P 的电子横移系统进行研究, 以便为国内经编机用电子梳栉横移机 构的开发与性能优化提供一定的理论 支持。 1 经
5、编机电子横移系统的工艺 要求 经编机主轴一转,进行针前、针 背两次横移,在导纱针进入针平面和 离开针平面的这段时间内,梳栉不允 许横移。这样,横移运动必须实现“运 动一停止一运动”的反复过程,这对 电子横移系统提出了很高的要求。 1 1 高定位精度 经编机电子横移系统要求高精度 l 作者简介:李永虎,男,1 9 8 5 年生,在读 l 硕士,无锡,2 1 4 1 2 2 。 作者单位:江南大学纺织服装学院。 7 2 的定位,主要由横移距离小决定的。 根据不同的机号,横移的距离是不同 的。以R S E 5E L 型、 f l T 号- E 3 2 的经编机 为例,每一针距的横移量为0 7 9 3
6、7 5 m m ,除去容纱间隙,则针间多余的 间隙只有0 0 5 7m m 。可见,经编机的 横移运动要求很高,不仅每一次横移 要求运动准确,而且在数次横移后不 允许产生累积误差。横移运动不准确 会使纱线表面产生毛羽,影响布面质 量,严重时会产生撞针等现象。 1 2 高晌应速度 由于梳栉横移时间极短、频率很 高,所以电子横移要有很高的响应速 度。经编机一个成圈过程中允许针前 横移的角度一般在4 4 。左右,时间只 有几毫秒到几十毫秒。 文李永虎夏风林蒋高明 1 ,3 裔稳定性 电子横移系统的高定位精度和高 响应速度,且梳栉横移在导纱针进入 和离开针平面的这段时间内不允许横 移,针前和针背横移的
7、时间极短,这 些就要求其在长时间运行的过程中要 有很高的稳定性。 2 经编机电子横移系统的控制 原理 经编机电子横移系统的整体控制 原理如图1 所示。在产品设计时,一 般首先由花型设计系统( 经编C A D ) 进行花型设计与效果仿真,设计完成 的花型通过U S B 接口从上位机输入织 物的花型信息,上位机进行数据处理 后通过C A N 总线与横移运动控制卡 进行数据交换,将横移的信息存贮到 图1经编机电子横移系统控制原理 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : P
8、urchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 控制卡上,再从主轴信号装置上得到 横移使能的信号。当织针可以进行针 前或针背横移时,运动控制卡接收到 主轴光电编码器的位置信号,并向伺 服驱动器按一定的频率发送脉冲方 向的指令脉冲信号,由此来决定横移 量和横移的速度,驱动器驱动伺服电 机进而经过滚珠丝杠实现横移运动。 由电机内置编码器将电机位置转换为 位置脉冲信号,传送至伺服驱动器作 为半闭环反馈的信号;横移的实际位置 由光栅反馈装置进行检测,运动控制 卡将检测到的位移和命令位移进行比 较和误差的补偿,这样就构成了一个全 闭环控制系统
9、,从而保证横移的精度。 3 经编机电子横移系统的硬件 结构 3 1 上位机 上位机主要由工控机和触摸屏 组成。工控机的作用是接受来自横移 控制卡和C A N 卡线上各伺服控制器 的数据信息,并进行数据分析和处理 后向控制卡发送指令脉冲,通过触摸 屏完成对系统状态的检测、显示,花 型新建、修改、加载和参数设定等。 3 2 电子横移控制卡 横移控制卡接受C A N 卡线的通 讯、主轴位置信号和横移使能信号,并 根据垫纱数码等花型信息经调节和变 K n i t t i n gT e c h n o l o g yI 针织技术 换后发出脉冲信息,以使驱动器驱动伺 服电机按照工艺要求进行旋转运动。 电子
10、横移系统要达到很高的响应 速度,因而选用了高性能的D S P 控制 器作为横移控制卡的控制核心。D S P 微处理器每秒30 0 0 万条指令的处理 速度,远远超过传统的1 6 位控制器 和微处理器的性能,其控制模式如图 2 所示。上位机花型f 苦包,主轴信号, 横移使能信号分别进入D S P 控制器的 C A N 控制、正交编码器控制和I O 控 制后,这3 种信号( 位置信号) 先存储 于D S P 的存储器内。而后,位置信号 通过速度调节器和电流调节器产生脉 冲调制信号( P W M ) ,即一系列脉宽 不断变化的脉冲,这些脉冲在几个有 固定长度的周期内展开,每个周期内 有一个脉冲。位置
11、信号的传输速度很 快,为了保证横移的精度,需要对指令 脉冲和反馈脉冲数进行比较。 脉冲的反馈通过D S P 控制器的 Q E P 模块进行,Q E P 模块对光栅反馈 装置检测到的位移信号进行采集,将 光栅产生的正交编码脉冲信号a 、b 输 入至I J D S P 控制器的Q E P 引脚。Q E P I 和 Q E P 2 分别用来接光栅反馈装置的脉 冲信号a 、b ,它们作为反馈脉冲定时器 T 2 的时基。定时器T 2 对a 、b 脉冲的 每个上升和下降沿都进行计数,每来 1 个上升沿或下降沿时,T 2 的计数器 田2D S P 控制模式 号 纺织导报C h i n aT e x t i
12、l eL e a d e r 2 0 0 9N o 2 就加1 或减1 计数。反馈脉冲个数用 C A P 3 模块来捕获,它和捕获驱动信号 T 1 P W M ( 采样周期T 1 内T 1 P W M 引 脚上产生的跳变信号) ,当C A P 3 引脚 上出现跳变时,就将T 2 定时器的计 数器中的数值与指令脉冲计数器T 3 在同一采样周期T l 内产生的脉冲数 进行比较,经运算和补偿后得到一定 的电压给驱动器,驱动器将电机位置 递增到命令位置来纠正位置误差,以 实现无误差定位,进而实现梳栉的准 确横移。 3 3 交流伺服系统 3 3 1 交流伺服及其控制模式 交流伺服系统有速度模式、位置 模
13、式和转矩模式等3 种模式,在经编 机电子横移控制系统中,无法通过速 度控制来实现系统的精确定位,而在 转矩模式下软件的实现显得特别复 杂,因此采用位置模式来实现精确的 位置定位。 在电子横移系统中,运动控制卡 发出指令给交流伺服驱动器,驱动器 通过一定计算后给交流伺服电机以一 定的电压,驱动电机运动,伺服电机 再通过电机内置的编码器向伺服驱动 器反馈脉冲,这样就在伺服控制系统 内部实现闭环控制,保证了系统的可 靠性。 3 3 2 电子齿轮的设置 在位置控制模式下,运动控制卡 向驱动器发送的指令脉冲信号包含了 电机运动的位置和方向信号,当指令 脉冲当量与位置反馈脉冲当量不一致 时,就必须采用电子
14、齿轮进行调节, 使得指令脉冲当量与反馈脉冲当量一 致。指令脉冲的频率决定了电机的速 度,指令脉冲的个数决定了电机的位 移。当指令脉冲的个数和方向一定时, 可以通过伺服电机电子齿轮的功能来 对电机输出的转角进行控制。 7 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 用以下方式对电子齿轮的齿数比 进行设置:设梳栉横移一针距的距离 为P 。( m m ) ,电机编码器的分辨率尸 ( 脉冲r ) ,并经4 倍频使用,则反馈 脉冲当量A M 为: p A 肘= _
15、二上 ( 1 ) 4 只 设指令脉冲当量为A L ,则电子齿 轮的齿轮比为: AA M R 口L4 只L 。 其中A 和丑分别为电子齿轮比的 分子和分母,都可以单独在一定的 范围内进行设置。当需要设定的电子 齿轮比不是整数时,要把齿轮比的分 子和分母尽最设的大些,以减少系 统的误差。就同前的交流伺服系统而 言,齿数比要满足下面的限制条件: 0 0 1s A B s1 0 0 。 3 4 机械执行机构 机械执行机构主要由滚珠丝杆、 顶杆、钢丝弹簧和梳栉等组成。滚珠 丝杠把电机的旋转运动转化为直线运 动,通过顶球推动顶杆向机尾运动, 由弹簧钢丝拉伸向机头横移。有资料 证明,滚珠丝杠在导程为6m m
16、 、滚珠 直径为3 5 2 7m m 、滚珠数为4 6 个时 传动精度高,使用寿命长,所以本系 统采用上述参数的滚珠丝杠。顶杆长 度为4 9 0m m ,K a r lM a y e r ( 卡尔迈 耶) 公司生产的高速经编机均采用这 种尺寸的顶杆。经计算对丁3 2 针2 5 4 m m 的机器,导纱针在针间的偏差仅 为0 0 0 3m m 。 3 5 主轴信号装置和光栅反馈装置 主轴信号装置根据针前、针背、 零位的顺序发生触发,并发出横移使 能信号给控制卡。主轴信号装置L 安 装有光电编码器,它检测主轴的转速 及主轴位置,以使控制卡得到对应的 横移垫纱数码,并进行相应的位置信 7 4 号输出
17、。由于绝对式旋转编码器可根 据旋转轴的任一位置输出一个固定 的,与之相对应的数字码,可精确地得 到主轴的位置信息,因而本系统选用绝 对式旋转编码器作为主轴信号装置。 光栅反馈装置对梳栉的实际位 移进行适时检测并反馈给运动控制 卡,在运动控制卡内实际位移与设定 值相比较确定位置差值,再由控制程 序根据f _ i ) = 置偏差值进行补偿,进一步 确保r 梳栉横移位置的精度。光栅作 为系统的位置检测元件,其分辨率和 精度对整个系统的精度有很大的影 响。选择分辨率高的光栅,提高光栅 测量系统的安装精度和稳定性可以有 效提高整个横移系统的运动精度。 4 经编机电子横移系统的软件 实现 4 1 _ p
18、_ t c r 机控制程序 上位机控制程序采用模块化的 设t f J 臣路,借助于高级编程语言,完成 对系统的通讯、显示,诊断、花型软件 的输入、修改、加载以及人机界面管 理,包括文件C A N 通讯模块、状态监 测和显示模块、文件管理模块、参数 修改模块等。 4 2D S P 控制程序 D S P 控制程序( 图3 ) 采用了交流 伺服电机常用的空间矢量控制算法, 利用D S P 的高速数字处理能力产生 P W M ( 脉冲调制信号) 波形,包含看 门狗、Q E P 检测模块、比较和补偿模 块、P W M 波发生模块等。看门狗主要 用于系统的掉电检测和电机的保护; Q E P 模块丰要采样收
19、集光栅反馈位置 信号;比较和补偿模块根据上位机通 讯的指令脉冲和反馈脉冲进行比较, 进而由一定的算法进行必要的补偿; P W M ( 脉冲调制信号) 发生模块把经 过运算和补偿后的脉冲进行一系列的 变换平I q P I 电流调节后得到一定方向、 频率和波长的P W M 信号,以使驱动器 驱动交流l “ i q N 电机按一定的转向速 度转过规定的角度。 5 结语 基f D S P 的经编机用电子横移系 统充分发挥了D S P 控制器超强处理速 度的优势,采用J D S P ,交流伺服和高 精度反馈光栅等组成的全闭环位置控 制系统,实现了横移系统的快速响应 性、运动精确性和运行叮靠性。臣圃 参考文献( 略) 读取Q E P 模块 反馈与上位 机通讯 二 二 控制算法和 补偿程序 产生脉冲调制 售号( P W M ) 圈3 系统主程序流程图 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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