电子套结机送料机构控制系统的设计

电子套结机送料机构控制系统的设计

摘要:分析了电子套结机送料机构的动作原理,实现了对步进电机的最优控制。采用集成驱动芯片简化了对步进电机驱动电路的设计,同时实现了较强的驱动能力。采用正弦曲线加速方法完成步进电机开环条件下高频升降速控制。

关键词:步进电机H-桥驱动正弦曲线加速

电子套结机是通过电机驱动主轴机针和送料机构动作,通过光学传感器检测并反馈状态信息以及驱动辅助电机带动压脚、剪线机构的相互配合作用来完成高速缝制工作的缝制设备。送料机构是由两台步进电机实现X、Y两个方向的运动,配合主轴伺服电机带动的主轴机针完成缝制任务。本文研究的送料机构的控制系统主要是两台步进电机的驱动和控制。

1 硬件设计

送料机构的控制系统硬件原理图如图1所示。

系统中采用并行控制,用单片机的电机控制端口输出信号,经过光耦隔离,由步进电机驱动芯片驱动功率模块,继而完成对电机的最佳控制。电机的启动、正反转和停止均由软件部分实现。

驱动电路的设计如下。

本设计采用H-桥驱动电路。其主电路的功率管使用4个IRF640,分为Q1和Q3及Q2和Q4两组,由两个IRS2001驱动芯片驱动。由单片机输出的方向和脉冲信号经由步进电机驱动芯片BY5064调整后输出给IRS2001,驱动功率管的开关和闭合,使对应的电机绕组通电,实现对电机的控制。

当电机某相绕组通电,输入脉冲高电平使功率管Q1和功率管Q2导通,电流由电机绕组A1+流向A1-,低电平时,功率管Q2和功率管Q4导通,电路中产生的感应电动势以续流方式由A1+流向A1-,这样就增强了电机的保持力矩[1]。

2 软件设计

由X轴和Y轴复合而成的送料机构的移动是受主轴运动约束的。机针有一半的时间是运动在缝制物品的上方,显然在一个运动周期内,送料机构必须在机针在上升时离开缝制物品之后才可以动作,在机针向下运动而未进入缝制物品之下时停止运动,即送料机构的动作区间在时间上只有主轴运动周期的一半。在满足生产需要的主轴转速3000rpm下,一个运动周期为20ms,那么步进电机的运动周期只有10ms,缝制的花样最大距离达到4.5mm,此时要求步进电机在极10ms 时间内完成最大距离小于4.5mm的移动,还要对不同的负载有很好的适应能力,这就需要对步进电机的速度曲线有了很高的要求。实际中常用的升降速曲线包括阶梯加减速曲线,分段线性加减速曲线,指数加减速曲线,S形加减速曲线和正弦加减速曲线。

本文中采用正弦曲线加减速曲线。这种方法就是等间隔对正弦函数取样,如图3所示。根据取样幅度的大小,使计算机在Δt内给出相应频率的脉冲列[2]。取样时间越小,就越逼近模拟波形。

3 结语

(1)本设计分析了送料机构的运行机理,转化为对步进电机的驱动控制和升降速曲线算法的实现。

(2)设计中采用的集成芯片,通过对单片机的设定,用同一电路实现了步进电机的控制和驱动,大大简化了电路设计的复杂程度。

(3)设计中采用对正弦曲线等时间间隔采样的加减速曲线,为了减少每步计算装载值的时间,系统设计时就把各离散点的速度所需的装载值固化在系统的ROM中,系统在运行中用查表法查出所需的装载值,这样可大幅度减少占用CPU的时间,提高系统的响应速度[3]。

参考文献

[1] 刘保延,等．步进电机及其驱动控制系统[M]．哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社．1997．

[2] 王福瑞,等．单片机微机测控系统设计大全[M]．北京:北京航空航天大学出版社,1998．

[3] 徐益民,步进电机的单片机控制系统设计[J]．煤矿机

械,2005(1):12～13．