专利名称：一种全自动电脑横机的可变密度控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及全自动电脑横机技术领域，尤其涉及一种全自动电脑横机的可变密度控制系统及方法。
背景技术：
度目控制在全自动电脑横编织机控制系统中是一项重要的控制，以3针机系列全自动电脑横编织机为例，其有4个度目控制电机，传统的度目控制是用步进电机控制，步进电机通过传动机构连接密度三角，传动机构为:步进电机的输出轴固定设置一个齿轮，齿轮与齿排啮合，齿排通过轴承连接密度三角，通常每行内的编织度目是相同的，在一行编织内无法改变密度。在同样的传动结构中，步进电机由于转速低，转动力矩小，而且容易失步，精度差，所以在运动中调节密度，用步进电机不能实现在一编织行内的编织度目可变。目前国外也有可变度目的方案，但成本高，而且也不能实现在相邻针之间调节密度。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种节省空间，精度高，可以实现在一行编织内改变密度的全自动电脑横机的 可变密度控制系统及方法。本发明的技术方案是这样实现的:一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，该系统包括:人机交互，用于显示电机状态信息和报警信息；上层通讯模块，用于发送控制命令及参数设置，与整个系统进行数据交互；处理模块，用于接收控制命令，根据配置参数数据和电机编码器反馈输出PWM信号;接口模块，用于将PWM信号转换成UVW三相信号给无刷直流电机；多个无刷直流电机，通过传动机构连接密度三角，接收并执行驱动命令以改变织物行程轨迹与密度。作为优选，所述的处理模块包括Flash、放大电路、DSP处理器与FPGA5DSP处理器，是处理模块的处理中心，用于上层的通讯、反馈电压的检测、与FPAG的通讯、数据的存储及电机编码器信号的输入；FPGA,用于人机交互的通讯、PWM信号的输出；Flash,是处理模块的存储中心，参数的数据都保存在Flash里；放大电路，是用于放大接口模块反馈回来的电压并把放大的电压输入到DSP处理器中。作为优选，所述的接口模块，包括多个与无刷直流电机相连的SPM模块，每个SPM模块对应一个无刷直流电机，SPM模块用以将PWM信号转变为UVW三相信号以供无刷直流电机执行。作为优选，无刷直流电机的扭矩大于0.5N.M，转速大于3000转/分钟。无刷直流电机转速快，可实现相邻两针之间的瞬息变化。
一种全自动电脑横机的可变密度控制方法，包括如下步骤:首先获知密度三角将要到达的位置，通过上层通讯模块把处理数据设置完成，计算并设定密度三角位置的变化值及与其对应的无刷直流电机转动圈数、编码变化值，然后将命令传输给处理模块，处理模块根据上层通讯模块发过来的命令以及接口模块的电压反馈、电机编码器信号反馈，输出PWM信号，接着处理模块把PWM信号传给接口模块，接口模块把PWM信号转换成UVW三相信号，UVW三相信号来控制无刷直流电机使其旋转对应的圈数，无刷直流电机通过传动机构使密度三角移动，无刷直流电机转动的同时电机编码器不断的反馈编码信号到处理模块，当处理模块收到的编码信号变化值达到设定值时，停止发送PWM信号，锁定电机，从而改变了密度三角的位置，达到改变织物密度的目的。采用了上述技术方案的本发明的原理及具有的优点是:本发明是通过处理模块和接口模块来驱动各路高速无刷直流电机，各路高速无刷直流电机通过传动机构来改变全电脑横编织机的密度三角的位置，从而改变织物的密度。以往的密度控制系统不能实现一行内的编织度目可变，采用本发明的可变密度控制系统，可以实现每编织行一针内改变密度，从而可以做到复杂的密度控制。本发明还具有的优点是:节省空间，精度高、不会造成失步，速度快，在机头运行时通过无刷直流电机来改变密度三角位置，能够实现相邻的两针之间的突然变化。
图1为实施例中本发明可变密度控制系统的框架图；图2为实施例中本发明可变密度控制系统中处理模块的工作示意图；图3为传动机构的结构示意图；图4为无刷直流电机运动的速度-时间关系图。·
具体实施例方式本发明的具体实施方式
如下:实施例:一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，如图1所示，包括:人机交互，是用于显示电机状态信息和报警信息；上层通讯模块，用于生成电机控制命令，设置配置参数，获取电机位置及状态信息；处理模块，用于接收电机控制命令及配置参数，反馈电机位置和状态信息，根据电机控制命令产生PWM(pulse width modulation)信号,来驱动无刷直流电机,通过IO 口与人机交互通讯；PWM信号即为无刷直流电机的驱动信号。接口模块，包括4个SPM模块，每个SPM模块对应一个无刷直流电机，用于将处理模块产生的PWM信号转换为UVW三相信号给无刷直流电机；SPM模块为把PWM信号转换成UVff三相信号的模块。4个无刷直流电机，在图1中分别用Moter表示，用于驱动齿排进而带动密度三角移动，从而改变纱线轨道。下面对组成可变密度控制系统的各部件作下详细介绍:人机交互，是用于显示电机状态信息主要是电机运行转速，报警信息有过热保护，短路保护，过压保护；过热保护，由于过载或其他恶劣的条件使装置内部温度过高，装置将自动停止输出，无刷直流电机停止运行；短路保护，由于接线或其他原因导致电机绕组突然短路，驱动器检测进入短路保护状态，切断所有输出；过压保护，由于快速直动、电网电压波动等原因导致的驱动器内部出现过压装置进入保护状态，自动停止输出；转速显示，测量无刷直流电机的转数，单位为转/分。上层通讯模块，通过485或CAN通讯与处理模块进行数据交互，这里的数据交互主要是指速度环增益、速度环积分时间参数、位置环增益、电机齿轮比等参数。处理模块，如图2所示，上层通讯模块交互的数据保存到Flash中，接口模块的电压反馈通过放大电路连到DSP处理器中，4路电机编码信号通过电平转换连到DSP处理器中，DSP处理器通过总线与FPGA通讯，FPGA为现场可编程门阵列，FPGA来驱动人机交互，DSP处理器把数据传给FPGA，FPGA产生并输出PWM信号。接口模块，接收处理模块发送过来的PWM信号，将其转换成UVW三相驱动信号来驱动4路高速无刷直流电机。无刷直流电机通过传动机构连接密度三角，如图3所示，无刷直流电机I的输出轴2上固定连接有一齿轮3，齿轮3与齿排4啮合，使齿轮3转动时可以带动齿排4 一起运动，齿排4通过轴承连接密度三角5上下运动，从而改变织物行程轨迹，最后达到改变织物密度的目的。此传动机构为现有技术，在此不作赘述。只是在以往同样的传动结构中，步进电机由于转速低，转动力矩小，而且容易失步，精度差，所以在运动中调节密度，用步进电机不能实现在一编织行内的编织度目可变。下面对本发明的具体应用作如下举例:全自动电脑横编织机的可变密度控制系统在三针机上可以实现每针改变密度，双系统3针机，有4只可高速旋转的无刷直流电机，通过这4只无刷直流电机改变织物密度，即通过无刷直流电 机旋转，带动齿排，齿排的运动带动了密度三角的运动，密度三角往上运动，纱线的行程变短，从而使织物的密度变小，密度三角往下运动，纱线的行程变长，从而使织物的密度变大。首先获取密度三角将要到达的位置，通过上层通讯模块把处理数据设置完成，计算并设定密度三角位置的变化值及与其对应的无刷直流电机转动圈数、编码变化值，然后将命令传输给处理模块，处理模块根据上层通讯模块发过来的命令以及接口模块的电压反馈、电机编码器信号反馈，输出PWM信号，接着处理模块把PWM信号传给接口模块，接口模块把PWM信号转换成UVW三相信号，UVW三相信号来控制无刷直流电机使其旋转对应的圈数，无刷直流电机通过传动机构使密度三角移动，无刷直流电机转动的同时电机编码器不断的反馈编码信号到处理模块，当处理模块收到的编码信号变化值达到设定值时，停止发送PWM信号，锁定电机，从而改变了密度三角的位置，达到改变织物密度的目的。以3针机60英寸机型为列，已知针床总长度L为60英寸，每英寸针的数量N为3枚，编织机最高速度Vl为1.2米/秒，密度三角的总行程d是600步，上一针的密度三角的位置dl为200步，无刷直流电机运动的速度-时间关系图如图4所示，无刷直流电机平均转速V2为2000转/分钟，下一针的密度三角位置d2是320步，电机正方向旋转一圈，编码信号增加的脉冲Nd为1000个，无刷直流电机旋转一圈，密度三角从O走到600步的位置。机头从上一针运行到下一针，密度三角要从200步的位置运行到320步的位置。
针与针的距离Dn=L/N=25.4/3=8.4mm ;在全自动电脑横编织机最高速度1.2米/秒情况下，机头运行从上一针到下一针这段距离即运行Dn所需要的时间Tn=Dn/Vl ； BPΤη=8.4χ1(Γ3/1.2=0.007 秒。上层通讯模块通过485或CAN通知密度三角要走到320步的位置，处理模块接收到这个命令后，发出PWM信号给接口模块，接口模块把PWM信号转换成UVW三相信号来驱动无刷直流电机，电机旋转，从而使编码信号发生变化。现在密度三角从200走到320，无刷直流电机要转动的圈数Q= (d2_dl) /d ；即Q= (320-200) /600=0.2。编码变化值 B=Q X Nd=0.2 X 1000=200。当处理模块收到电机编码器返回到200个脉冲后，就停止发PWM信号，电机保持在锁定状态，密度三角的位置 从200步变到了 320步的位置，从而使织物密度变大。
权利要求
1.一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，其特征是该系统包括: 人机交互，用于显示电机状态信息和报警信息； 上层通讯模块，用于发送控制命令及参数设置，与整个系统进行数据交互； 处理模块，用于接收控制命令，根据配置参数数据和电机编码器反馈输出PWM信号； 接口模块，用于将PWM信号转换成UVW三相信号给无刷直流电机； 多个无刷直流电机，通过传动机构连接密度三角，接收并执行驱动命令以改变织物行程轨迹与密度。
2.根据权利要 求1所述的一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，其特征在于:所述的处理模块包括Flash、放大电路、DSP处理器与FPGA ；DSP处理器，是处理模块的处理中心，用于上层的通讯、反馈电压的检测、与FPAG的通讯、数据的存储及电机编码器信号的输入；FPGA，用于人机交互的通讯、PWM信号的输出；Flash，是处理模块的存储中心，参数的数据都保存在Flash里；放大电路，是用于放大接口模块反馈回来的电压并把放大的电压输入到DSP处理器中。
3.根据权利要求1所述的一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，其特征在于:所述的接口模块，包括多个与无刷直流电机相连的SPM模块，每个SPM模块对应一个无刷直流电机，SPM模块用以将PWM信号转变为UVW三相信号以供无刷直流电机执行。
4.根据权利要求1所述的一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，其特征在于:无刷直流电机的扭矩大于0.5N.M，转速大于3000转/分钟。
5.一种全自动电脑横机的可变密度控制方法，其特征在于:首先获知密度三角将要到达的位置，通过上层通讯模块把处理数据设置完成，计算并设定密度三角位置的变化值及与其对应的无刷直流电机转动圈数、编码变化值，然后将命令传输给处理模块，处理模块根据上层通讯模块发过来的命令以及接口模块的电压反馈、电机编码器信号反馈，输出PWM信号，接着处理模块把PWM信号传给接口模块，接口模块把PWM信号转换成UVW三相信号，UVff三相信号来控制无刷直流电机使其旋转对应的圈数，无刷直流电机通过传动机构使密度三角移动，无刷直流电机转动的同时电机编码器不断的反馈编码信号到处理模块，当处理模块收到的编码信号变化值达到设定值时，停止发送PWM信号，锁定电机，从而改变了密度三角的位置，达到改变织物密度的目的。
全文摘要
本发明公开了一种全自动电脑横机的可变密度控制系统，该系统包括人机交互，上层通讯模块，处理模块，接口模块及多个无刷直流电机，无刷直流电机通过传动机构连接密度三角。首先获知密度三角将要到达的位置，通过上层通讯模块把处理数据设置完成，计算并设定密度三角位置的变化值及与其对应的无刷直流电机转动圈数、编码变化值，然后将命令传输给处理模块，处理模块输出PWM信号再通过接口模块转换成UVW三相信号，UVW三相信号控制无刷直流电机转动，无刷直流电机转动的同时电机编码器不断的反馈编码信号到处理模块，当处理模块收到的编码信号变化值达到设定值时，停止发送PWM信号，锁定电机，从而改变了密度三角的位置，达到改变织物密度的目的。
文档编号D04B15/36GK103243471SQ20131019874
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月23日 优先权日2013年5月23日
发明者张晓英 申请人:杭州鼎炬科技有限公司