一种高速工业平缝机精确制动方法

0 引 言
该型平缝机由无刷直流电机通过皮带驱动, 具 有自动剪线、自动拨线、自动抬压脚、自动加固、自动 调速等功能。其关键技术就是精确的位置控制: 要求 在整个速度范围内停位误差不超过±5mm 。本文针 对位置控制提出一种基于无刷直流电机的控制方 法, 并给出硬件与软件的实现。其方法简单, 完全满 足工业缝纫机对控制精度的要求。
3. 1 无刷直流电机反电动势的利用
当无刷直流电机转动时在每相绕组中会产生反 电动势, 其大小和电机的转速成正比关系。
E m= K en 式中: Em —某相绕组的反电势平均值; K e —反电势 系数; n—电机转速
由于电机的结构特点, 其每相绕组的反电势波 形为一组梯形波, 其波形如图 3 所示。
表。
一种高速工业平缝机精确制动方法 庞振岳 唐永哲
转速( r / min) 10 00 20 00 30 00
能耗减速程序流程
实测数据表
次 自由停位
数 ( mm)
1
0. 0
2
1. 0
3
0. 0
4
- 3. 0
5
2. 5
1
2. 0
2
0百度文库 0
3
1. 5
4
- 1. 0
5
0. 0
1
1. 0
2
1. 0
3
1. 5
收稿日期: 2005- 03- 25 修回日期: 2005- 08- 10
号( 上针位信号由高变低) 。
1. 2 反电势信号的获取
反电势在本定位方法中是一个重要的信号, 其 测量电路如图 1。
只关心最大反电势。由电机内的传感器提供的 换向逻辑通过 MU X 将最大反电势信号输出, 并与 给定电压比较, 比较后的信号输出到控制器, 作为定 位的参考信号。
4
- 1. 0
5
3. 0
剪线停位
( mm) 2. 0 3. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 3. 0 4. 0 1. 5 - 1. 0 1. 5 4. 0 1. 5 0. 0 0. 0
反接制动起始信号搜索程序流程 图 5 程序流程图
6 结 论
抖动
该方法利用了反电势信号、速 度信号、针 位信
号的占空比来调节的。占空比的确定有两种方式: 第 一种是试验方式, 第二种是根据开始反接制动时电 机速度所对应的 PWM 信号占空比来确定。从抗干 扰的角度出发第二种方式是可取的。本型缝纫机所 采用占空比的值等于开始反接制动时的速度所用占 空比值, 并取得了良好的效果。
3 抖动的消除
反接制动虽然可以使电机快速地制动, 但是其 制动时间很难掌握, 稍不准确就会发生大的反向抖 动, 影响精度, 增加了对机械系统的磨损。理想的情 况是当电机的速度减至零时就去掉反接制动的反向 力矩。然而问题是光栅在低速时不可能给出精确的 转速信号。该方法采用复合的方法, 利用反电动势和 能耗制动来消除抖动。
大, 电机出力大; b 同时可以很大程度上消弱 5 次和
以下是直线电机分数槽绕组 3/ 2 线圈排列, 如
7 次谐波; c 在由于 q 为分数, 齿谐波次数 Vz= 2mq 表 4。
±1 为分数, 而主极磁场中仅含有奇次谐波, 即不存
表 4 直线电机分数槽绕组 的线圈排列
A B CA B CA B CA B C AB C AB C AB C A B CA
无
天大学出版社, 2002
无
[ 3] 黄立培. 电动机控制[ M ] . 北京: 清华大学出版社, 2003
无
无
作者简介: 庞振岳, 男, 从事电子控制技术研究。
无
无
( 上接第 74 页)
在齿谐波磁场; d 同时由于极数比双层和单层时多
从以上公式可以看出, a 电机的绕组系数比较 ( 同样的初级槽数) , 减少了直线电机边端效应。
X Y Z X Y Z X T Z XY Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z
每极相槽数 q= b+ c/ d= 24/ 3x 16= 0. 5= 1/ 2 qe = bd+ c= 1, ae= 60°/ qe= 60°
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Precise Braking method In High Speed Lockstich Sewing machine P ANG Zhen- yue, T ANG Yong - zhe
( N or thwester n Po ly technical U niv ersit y, Xi'an 710072, China) Abstract: F or t he pro blem of lo ckst itch sew ing machine's precisely brake, a kind o f hy br id method o f br ake w as intr duced in this paper . T his method w as com po sed o f energ y - consummed br aking , r ever se braking and EM F . It has been successfully used in a sew ing machine. T his paper pro ves the element o f this met ho d. Besides, this paper also intr duces the frame o f hardw are and so ftw are . Key words: per manent magnetic br ushless D C moto r ; ener g y- consummed; braking rev erse bra king ; EM F
4 软件设计
综上所述, 可以得到本方法的流程结构如图 4。 软件的关键在于实现使电机能耗制动至低速和反接 制动信号的搜索。其流程如图 5。
这里给出的反接制动起始信号搜索程序的流程 图是自由停位时的情况。剪线停位中反接制动起始 信号的搜索与此类似, 不在赘述。
图 4 制动流程方法
5 应用结果
本方法已经成功的应用于缝纫机上。选取 3 个 速度进行测量, 每个速度测量 5 次, 测量 结果如下
无
号, 综合运用了反接制动和能耗制动, 从 应用结果
无
看, 停位快速、准确、无抖动, 完全能满足使用要求,
无
有实际应用阶值。
无
无
参考文献
无
无
[ 1] 张琛. 直流无 刷电动机 原理及应 用[ M ] . 北 京: 机械工
无
业出版社, 1999
无
[ 2] 王晓明. 电动 机的单片 机控制[ M ] . 北京: 北京 航空航
1 信号的获取
1. 1 速度信号及上下针位信号的获取
速度信号由安装于缝纫机转轮内部的光栅给出 的脉冲得到。每转的脉冲数为 192 个。上下针位的 信号也是由安装于转轮内部的传感器给出。当进入 上下针位时其相应的信号变为低电平, 而移出上下 针位时其相应的信号变为高电平。定位选取的开始 点是: 当自由停位时选取移出上针位的信号( 上针位 信号由低变高) , 当剪线停位时选取进入上针位的信
2 制动
使电机的停位点准确, 就要采取合适的制动方 式。能耗制动的优点是对硬件的冲击小, 低速时制动 效果好, 不会发生反向抖动; 但是停止的速度慢, 不 能满足精度的要求。反接制动的优点是制动快速, 停 位准确, 但是对硬件的冲击大, 容易发生反向抖动。 针对上述问题在定位开始的时候先进行能耗减速, 使电机的速度降至某一低速。采取的能耗减速方式 是: 导通功率模块的全部下桥臂( 使 V2、V4、V6 导 通) 如图 2 所示。
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图 3 反电势波形
当 Em 减小到一定值时就可以认为电机的速度 已经为零了。将 Em 与给定的一个低电势进行比较, 当小于这个给定值时信号就发生跳变。用这个跳变 信号作为去掉反接力矩的标志, 理论上是可以消除 抖动的。 3. 2 能耗制动的再利用
由于测量误差和干扰, 不能准确的得到当电机 速度为零时 E m 的大小。有两种情况产生: 一是当去 掉反接力矩时电机的正转速度已经很小, 但还不为 零。二是当去掉反接力矩时电机已经出现反转。第 二种情况是绝对不允许的。所以给定与 Em 比较的 电压值是有余量的, 即只可能出现第一种情况。根据 上述的分析在去掉反接力矩后再开通 V2、V4、V 6, 即进行能耗制动。实践证明这种方式不仅有效而且 大大减小了反接制动的噪声。
一种高速工业平缝机精确制动方法 庞振岳 唐永哲
伺服控制·SERVO TECHNIQUE
一种高速工业平缝机精确制动方法
庞振岳, 唐永哲
( 西北工业大学, 西安 710072)
摘 要: 针对基于无刷直流电动机驱动的高速工业平缝机 精确停位的问题, 介绍了一种 复合制动方法, 此方法综合 运用能耗制动和反接制动, 成功地应用于缝纫机上。介绍了原理并给出硬件和软件的结构。 关键词: 无刷直流电机; 能耗制动; 反接制动; 反电动势 中图分类号: T M 333. 1 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6848( 2005) 05- 0057- 03
当速度下降到设定的低速后停止减速, 并保持 这个低速, 搜索反接制动的开始信号, 得到制动信号 后开始反接制动使电机迅速停止。反接制动时制动
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微电机 2005 年 第 38 卷 第 5 期( 总第 146 期)
图 1 反电势测量电路
图 2 能耗减速状态图
力矩的选取, 直接关系到是否能准确定位。 反接力矩的大小是靠反接制动时所用 P WM 信