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

　　驅(qū)動(dòng)器

　　驅(qū)動(dòng)器是系統(tǒng)的功率變換部分，是驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部分，該部份包括整流、逆變、前置驅(qū)動(dòng)、SVPWM驅(qū)動(dòng)輸出、電流檢測(cè)及多種保護(hù)功能。硬件電路如圖4所示。

　　電流環(huán)的運(yùn)算需要DSP對(duì)電機(jī)相電流的檢測(cè) ，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需要采集兩相的電流(圖3中iA，iB)，根據(jù)電流定理就可以知道第三相的電流了。本系統(tǒng)所采用電流傳感器為L(zhǎng)EM(萊姆)公司的LTS6-NP，如圖4中U2，U3，其為霍爾型電流傳感器。

　　圖4中的IR2136(U1)是IR公司的高壓IGBT驅(qū)動(dòng)器，它接受來(lái)自DSP的6路PWM信號(hào)，處理后驅(qū)動(dòng)圖4中6只IGBT(Q1-Q6)，產(chǎn)生SVPWM信號(hào)，控制永磁同步電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到理想的伺服控制性能。

　　編碼器

　　永磁同步電機(jī)精確控制離不開(kāi)編碼器，DSP只有通過(guò)對(duì)編碼器A、B信號(hào)及U、V、W信號(hào)的檢測(cè)計(jì)算，才能完成電機(jī)仍至整個(gè)系統(tǒng)的精確控制。另一方面，我們只有自己設(shè)計(jì)并制作編碼器，才可將價(jià)格降到最低限度。

　　圖5為編碼器硬件圖，U1(HEDS9701)采集A、B信號(hào)，PH-U、PH-V、PH-W三只光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)產(chǎn)生U、V、W信號(hào)，它們與碼盤一起裝在電機(jī)內(nèi)，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速、判斷轉(zhuǎn)子位置,并將采集信號(hào)送給DSP。DSP(TMS320F2406)內(nèi)部帶有正交編碼模塊，從編碼器輸出的正交信號(hào)輸入DSP的PHASEA引腳和PHASEB引腳，內(nèi)部的正交編碼模塊將信號(hào)進(jìn)行四倍頻，再由位置計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)從而可以確定轉(zhuǎn)子的速度和位置。

　　PHASEA和PHASEB的輸入信號(hào)首先必須通過(guò)一個(gè)干擾信號(hào)濾波器，該濾波器可以數(shù)字延時(shí)，可以濾除毛刺，保證只有真正的信號(hào)才進(jìn)行計(jì)數(shù)。同時(shí)對(duì)于只用單個(gè)信號(hào)的控制，均可配置為單個(gè)的脈沖計(jì)數(shù)。

　　對(duì)于一個(gè)高速轉(zhuǎn)軸編碼器，轉(zhuǎn)軸速度可以通過(guò)計(jì)算每單位時(shí)間內(nèi)位置計(jì)數(shù)器的變化值來(lái)得到。對(duì)于電機(jī)低速時(shí)，由于輸入PHASEA和PHASEB與通用定時(shí)器相連均可作為輸入捕捉引腳，可以利用定時(shí)器測(cè)量正交相位之間的時(shí)間周期來(lái)得到高分辨率的速度測(cè)量。定時(shí)器模塊利用一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，通過(guò)對(duì)總線時(shí)鐘的分頻來(lái)計(jì)數(shù)。對(duì)于一個(gè)1000齒的編碼器來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用定時(shí)器測(cè)量速度可以精確測(cè)量到0.15轉(zhuǎn)每分。

　　機(jī)頭同步定位器

　　編碼器是裝在電機(jī)里，而機(jī)頭同步定位器則是裝在機(jī)頭里，它們均屬于傳感器的范疇。

　　微機(jī)控制縫紉機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)是停機(jī)位置的準(zhǔn)確度，這里包括上針位和下針位的停機(jī)，所以，縫紉機(jī)在這兩個(gè)位置必須各給出一個(gè)信號(hào)，DSP才可以通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)停止，這是機(jī)頭同步定位器的主要作用。另外電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)皮帶與機(jī)頭連接傳動(dòng)，皮帶可能存在打滑現(xiàn)象，只有結(jié)合電機(jī)編碼器信號(hào)與機(jī)頭同步信號(hào)，才能準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在最佳狀態(tài)。

　　上下針位信號(hào)的產(chǎn)生主要是依靠安裝在機(jī)頭上的兩塊極性相反的磁鐵(跟著電機(jī)旋轉(zhuǎn))，對(duì)兩個(gè)相反安裝的開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器(固定)作用，即每塊磁鐵僅對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器起作用。當(dāng)機(jī)頭旋轉(zhuǎn)到上針位或下針位位置上時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)霍爾傳感器因?yàn)榇艌?chǎng)到達(dá)其跳變的閾值，而產(chǎn)生輸出跳變，也就是需要的開(kāi)關(guān)信號(hào)，即機(jī)頭同步信號(hào)。我們選用Allegro公司的U3144，應(yīng)用方便，性能穩(wěn)定。

　　在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們強(qiáng)調(diào)了可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)中的敏感信號(hào)都加強(qiáng)了保護(hù)，以符合電磁兼容的要求。在程序設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)了指令的精簡(jiǎn)及信號(hào)的多次確認(rèn)，以提高運(yùn)算結(jié)果的快速性與準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)中還引入了多種保護(hù)措施，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)等狀態(tài)下，系統(tǒng)都將立即進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也強(qiáng)調(diào)了可維修性設(shè)計(jì)，如裝拆方便、功能板更換方便，并設(shè)置了許多錯(cuò)誤代碼，以保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，就能根據(jù)錯(cuò)誤代碼快速判斷故障位置及原因。

　　結(jié)語(yǔ)

　　目前該縫紉機(jī)控制系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)成功，并進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。從實(shí)際使用效果看，該控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了縫紉機(jī)針位控制的快速性與準(zhǔn)確性，保證了高低速運(yùn)行的平穩(wěn)性，同時(shí)使縫紉機(jī)具備了自動(dòng)剪線、自動(dòng)撥線、自動(dòng)前后加固的功能。基于DSP的磁場(chǎng)定向控制技術(shù)是運(yùn)用于縫紉機(jī)電氣控制系統(tǒng)的突破口，它的成功開(kāi)發(fā)，其意義不僅在于可以在工業(yè)縫紉機(jī)電控系統(tǒng)中獲得較高的性能，另外可將該技術(shù)演化到其他種類的縫制紡織設(shè)備中去，以實(shí)現(xiàn)針位控制的快速性與準(zhǔn)確性。