一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括控制環(huán)路、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，所述控制環(huán)路包括轉(zhuǎn)矩控制組件和時(shí)序控制組件，所述轉(zhuǎn)矩控制組件和時(shí)序控制組件均與驅(qū)動(dòng)器相連接，所述驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)相連；所述電機(jī)還分別連接有位置傳感器和驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器，所述位置傳感器與時(shí)序控制組件相連，所述驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器與轉(zhuǎn)矩控制組件相連。采用本發(fā)明的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足電子導(dǎo)紗工藝中要求的高速啟停和反轉(zhuǎn)效果，在高速運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定工作，不失步，不超調(diào)，實(shí)現(xiàn)高精密的分布式卷繞；步進(jìn)電機(jī)便于實(shí)現(xiàn)高速的啟停和換向運(yùn)動(dòng)；可以提高電子導(dǎo)紗的工藝水平，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)紡織設(shè)備需要對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行各種處理，包括清棉、梳棉、精梳、并條、粗紗、細(xì)紗、 絡(luò)筒、捻線(xiàn)、搖線(xiàn)一、清棉等工序，現(xiàn)代工藝還需要加熱、拉伸、定型等處理，在紗線(xiàn)繞制的過(guò) 程中，導(dǎo)紗裝置通過(guò)橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制紗線(xiàn)在絡(luò)筒上的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行精密排列。傳 統(tǒng)上的導(dǎo)紗裝置一般由機(jī)械齒輪箱和凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成，針對(duì)各種紗線(xiàn)不同的絡(luò)筒工藝，設(shè)備 調(diào)整比較困難，卷繞速度不高。為克服傳統(tǒng)導(dǎo)紗裝置的缺點(diǎn)，目前導(dǎo)紗裝置多采用電子齒輪 與電子凸輪構(gòu)成的電子式，通過(guò)各電機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)對(duì)各種紗 線(xiàn)卷繞工藝的需要。
[0003] 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)導(dǎo)紗裝置主要采用靠齒輪驅(qū)動(dòng)的橫動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)導(dǎo)紗，根據(jù)導(dǎo)紗特點(diǎn)，設(shè) 計(jì)橢圓形雙邊旋轉(zhuǎn)輪，導(dǎo)紗頭在旋轉(zhuǎn)輪的帶動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng);但這種方式主 要具有以下缺點(diǎn)：1、采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)，易損壞，壽命短;2、機(jī)械導(dǎo)紗難以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)前的 速度一般難以超過(guò)1 〇〇〇M/min; 3、機(jī)械導(dǎo)紗的收邊角度可控性較小，控制靈活性差;4、機(jī)械 導(dǎo)紗，旋轉(zhuǎn)弧度固定，不能實(shí)現(xiàn)精密的分布式導(dǎo)紗。對(duì)于電子式導(dǎo)紗裝置，其導(dǎo)紗控制技術(shù) 主要采用伺服電機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是伺服電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，很難實(shí)現(xiàn)精確的啟停和反 轉(zhuǎn)控制，且由于慣性力較大，存在卷繞速度控制難的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電子導(dǎo)紗過(guò)程中的高速率、高精度控制，從而確保電機(jī)在高速運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定工作精準(zhǔn) 的電機(jī)啟停和反轉(zhuǎn)。
[0005] 本發(fā)明的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括控制環(huán)路、驅(qū)動(dòng)器 和電機(jī)，所述控制環(huán)路包括轉(zhuǎn)矩控制組件和時(shí)序控制組件，所述轉(zhuǎn)矩控制組件和時(shí)序控制 組件均與所述驅(qū)動(dòng)器相連接，所述驅(qū)動(dòng)器與所述電機(jī)相連;所述電機(jī)還分別連接有位置傳 感器和驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器，所述位置傳感器與所述時(shí)序控制組件相連，所述驅(qū)動(dòng)電流過(guò) 零比較器與所述轉(zhuǎn)矩控制組件相連。
[0006] 進(jìn)一步的，所述時(shí)序控制組件與所述驅(qū)動(dòng)器之間還連接有增量式PID檢測(cè)器。
[0007] 本技術(shù)方案的增量式PID檢測(cè)器用于由PID控制算法消除靜態(tài)誤差避免超調(diào)，用以 高精度控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
[0008] 本申請(qǐng)中，使用驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器和步進(jìn)電機(jī)位置傳感器實(shí)時(shí)獲得步進(jìn)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)電流驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器與位置傳感器實(shí)時(shí)采集，協(xié)同工作的雙閉環(huán)反 饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電子導(dǎo)紗過(guò)程中的高速率、高精度控制，從而確保電機(jī)在高速運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定 工作精準(zhǔn)的電機(jī)啟停和反轉(zhuǎn)。同時(shí)，為提高卷繞的密度和定型效果，有效實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的精密排 序，本發(fā)明所提出的控制方法在電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制中采用增量式PID控制方法，靈活設(shè)定線(xiàn)速 度、卷繞比和收邊角度等卷繞參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精密的分布式卷繞。
[0009] 使用電流驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器和步進(jìn)電機(jī)位置傳感器實(shí)時(shí)獲得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)矩，其中步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)增量式PID控制算法消除靜態(tài)誤差避免超調(diào)，達(dá)到高精度 控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的目的。電子導(dǎo)紗所用步進(jìn)電機(jī)需要高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在其控制中，采用位 置傳感器判斷控制環(huán)路的位置，控制兩相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序，達(dá)到理想的換相時(shí)間。通過(guò)驅(qū)動(dòng) 電流過(guò)零比較器，判斷電流和電壓的相位差，計(jì)算出等效阻抗的大小，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)的脈沖大 小，以獲得較為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)矩控制。在轉(zhuǎn)矩控制中，以控制環(huán)路的轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)，采用增量 式PID控制算法輸出優(yōu)化后的轉(zhuǎn)矩值。最終實(shí)現(xiàn)高速、高精度的電子導(dǎo)紗控制。
[0010] 本發(fā)明的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電子導(dǎo)紗控制系統(tǒng)針 對(duì)的是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)具有控制精度高，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足電子導(dǎo)紗 工藝中要求的高速啟停和反轉(zhuǎn)效果，在高速運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定工作，不失步，不超調(diào)，通過(guò)數(shù)字控 制，還可以靈活設(shè)定卷繞參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精密的分布式卷繞；步進(jìn)電機(jī)具有低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高速的啟停和換向運(yùn)動(dòng);可以提高電子導(dǎo)紗的工藝水平，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性， 提尚經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明中步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)化模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面用具體實(shí)例予以說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)該理解的是，實(shí)例是用于說(shuō)明本發(fā)明而不是 對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的范圍與核心內(nèi)容依據(jù)權(quán)利要求書(shū)加以確定。
[0015] 如圖1所示，本實(shí)施例提供的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括 控制環(huán)路、驅(qū)動(dòng)器1和電機(jī)2，控制環(huán)路包括轉(zhuǎn)矩控制組件3和時(shí)序控制組件4，轉(zhuǎn)矩控制組件 3和時(shí)序控制組件4均與驅(qū)動(dòng)器1相連接，時(shí)序控制組件4與驅(qū)動(dòng)器1之間還連接有增量式PID 檢測(cè)器5,驅(qū)動(dòng)器1與電機(jī)2相連；電機(jī)2還分別連接有位置傳感器6和驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器7， 其中，位置傳感器6與時(shí)序控制組件4相連，驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器7與轉(zhuǎn)矩控制組件5相連。
[0016] 本實(shí)施例所提出的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電子導(dǎo)紗所 用步進(jìn)電機(jī)需要高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在其控制中，采用位置傳感器判斷控制環(huán)路的位置，控制兩 相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序，達(dá)到理想的換相時(shí)間。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器，判斷電流和電壓的相 位差，計(jì)算出等效阻抗的大小，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)的脈沖大小，以獲得較為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)矩控制。在轉(zhuǎn)矩 控制中，以控制環(huán)路的轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)，采用增量式PID控制算法輸出優(yōu)化后的轉(zhuǎn)矩值，最 終實(shí)現(xiàn)高速、高精度的電子導(dǎo)紗控制。
[0017] 本實(shí)施例所提出的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制目標(biāo)值 為步進(jìn)電機(jī)控制環(huán)路的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電子導(dǎo)紗過(guò)程中的高速率、高精度控制，確保電機(jī) 在高速運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定工作精準(zhǔn)的電機(jī)啟停和反轉(zhuǎn)。
[0018] 本實(shí)施例采用的系統(tǒng)為雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0019] (1)通過(guò)位置傳感器獲得控制環(huán)路的實(shí)時(shí)位置信號(hào)，來(lái)閉環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機(jī)根據(jù)位置傳感器傳來(lái)的信號(hào)獲得電機(jī)控制環(huán)路的位置。控制環(huán)路的位置所呈現(xiàn)的 四種不同的狀態(tài)如圖2所示，在調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序，通常采用45度的換相時(shí)刻來(lái)控制，可 獲得比較理想的換相效果。也可以根據(jù)位置判斷電機(jī)控制環(huán)路旋轉(zhuǎn)的程度，判斷電機(jī)有沒(méi) 有完成給定的旋轉(zhuǎn)步數(shù)。
[0020] (2)通過(guò)各相電流驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器，獲得電流計(jì)算與已知電壓的相位差，判斷 轉(zhuǎn)矩的變化值，通過(guò)增量式PID算法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的精密控制。在轉(zhuǎn)矩控制中，需要用到步進(jìn)電 機(jī)等效模型，方便控制運(yùn)算，本發(fā)明應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)為渦輪盤(pán)式步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 比較小，電機(jī)的工作模型可以進(jìn)行簡(jiǎn)化，傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制環(huán)路數(shù)學(xué)模型建立比較復(fù)雜， 如圖3所示的簡(jiǎn)化模型。
[0021 ]電感為控制環(huán)路繞組的勵(lì)磁電感，在勵(lì)磁電感的作用下，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 中勵(lì)磁電感基本保持不變；電阻等效為控制環(huán)路轉(zhuǎn)矩的輸出和能耗，代表電子輸出能量的 大小，和電流的平方成正比;在不同的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩下，電壓和電流的相位角9為下
[0023]根據(jù)相位角的變化，可以推算出當(dāng)前k時(shí)刻下控制環(huán)路轉(zhuǎn)矩的大小U(k)。為實(shí)現(xiàn)電 機(jī)轉(zhuǎn)矩較高的控制精度，本發(fā)明針對(duì)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)采用增量式雙閉環(huán)控制方法，以實(shí)現(xiàn) 抗積分飽和及可靠的穩(wěn)定性，其中PID控制器離散形式如下式。式中，T為采樣周期，Td為微 分時(shí)間常數(shù)，h為積分時(shí)間常數(shù)，K P為比例系數(shù)，則KFKp/h為積分系數(shù)，Kd = Td/KA微分系 數(shù)，e (k)為第k時(shí)刻的電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差，A U(k)為第k時(shí)刻電機(jī)轉(zhuǎn)矩的增量。
[0025] 該控制系統(tǒng)通過(guò)PID控制算法中的積分環(huán)節(jié)，微分環(huán)節(jié)，比例環(huán)節(jié)，對(duì)電機(jī)前后時(shí) 刻輸出的轉(zhuǎn)矩誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)精確的轉(zhuǎn)矩控制。采用本發(fā)明的一種用于電 子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)制備的AT0涂層克服了傳統(tǒng)濕法制備工藝的諸多不足， 具有高透過(guò)率、高反射性、高硬度、低電阻、抗靜電，耐候性好、隔熱性好的特點(diǎn)，且制備方法 的工藝重復(fù)穩(wěn)定性好、生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保，易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0026] 本實(shí)施例的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電子導(dǎo)紗控制系統(tǒng) 針對(duì)的是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)具有控制精度高，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足電子導(dǎo) 紗工藝中要求的高速啟停和反轉(zhuǎn)效果，在高速運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定工作，不失步，不超調(diào)，通過(guò)數(shù)字 控制，還可以靈活設(shè)定卷繞參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精密的分布式卷繞;步進(jìn)電機(jī)具有低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高速的啟停和換向運(yùn)動(dòng);可以提高電子導(dǎo)紗的工藝水平，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性， 提尚經(jīng)濟(jì)效益。
[0027] 以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限 制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于:包括控制環(huán)路、驅(qū)動(dòng)器 和電機(jī)，所述控制環(huán)路包括轉(zhuǎn)矩控制組件和時(shí)序控制組件，所述轉(zhuǎn)矩控制組件和時(shí)序控制 組件均與所述驅(qū)動(dòng)器相連接，所述驅(qū)動(dòng)器與所述電機(jī)相連;所述電機(jī)還分別連接有位置傳 感器和驅(qū)動(dòng)電流過(guò)零比較器，所述位置傳感器與所述時(shí)序控制組件相連，所述驅(qū)動(dòng)電流過(guò) 零比較器與所述轉(zhuǎn)矩控制組件相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電子導(dǎo)紗的步進(jìn)電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述時(shí)序控制組件與所述驅(qū)動(dòng)器之間還連接有增量式PID檢測(cè)器。
【文檔編號(hào)】H02P8/20GK105958882SQ201610390130
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】賈相武, 張濤
【申請(qǐng)人】杭州西創(chuàng)科技有限公司