一种缝纫机步进电机控制方法及控制系统与流程

本发明属于缝纫机技术领域，尤其涉及一种缝纫机步进电机控制方法及控制系统。

背景技术：

缝纫机一般由机头、台板(机座)和机架组成。缝纫时,由机头中的4个机构形成线迹：首先由刺料机构把穿有缝线的机针刺进缝料；其次由钩线机构在缝料下面把机针上的缝线钩住,使其自连,或与下面的梭线交织或互连；再由挑线机构把缝线收紧；最后由送料机构把缝料推进一定距离，完成线迹的形成过程。这4种机构的动作配合密切。所以,缝纫机是一种半自动的精密机器。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给步进电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得步进电机在速度、位置等控制领域实现更简单。然而，由于步进电机是一种精确的数字控制执行机构，在步进电机启动或加速时，若步进脉冲变化太快，转子由于惯性跟不上电信号的变化，则可能产生堵转或失步，在步进电机停止或减速时，由于以上相同原因则可能产生超步。

因此，如果在缝纫过程中步进电机失步可能会引起缝纫长度变短、缝纫花样变形、动作不到位、针距大小不一等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种缝纫机步进电机控制系统及控制方法，用于解决现有技术中缝纫机缝纫时由于步进电机失步导致的缝纫长度变短、缝纫花样变形、动作不到位、针距大小不一等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种缝纫机步进电机控制方法，所述方法包括：控制器预设步进电机的步进速度、步进时间及允许偏差值，在所述步进时间内根据所述步进速度确定脉冲数、并向所述步进电机发送所述脉冲数；编码器获取所述步进电机的运动信息，并实时地将所述运动信息传递给所述控制器；所述控制器根据所述运动信息计算出当前的位置计数值；所述控制器将所述位置计数值与发送的所述脉冲的脉冲累计值进行比较得到差值；如果所述差值超出所述允许偏差值，则根据预设策略进行处理；其中，所述预设策略包括控制器根据当前位置计数值确定负载当前实际位置，并重新预设所述步进电机的步进速度、步进时间；或者，所述预设策略包括所述控制器根据所述差值调整所述预设的步进电机的步进速度。

进一步地，所述控制器通过调节所述步进电机的电流来控制所述步进电机的步进速度。

进一步地，所述运动信息包括旋转方向信息及旋转角度信息。

进一步地，所述编码器为光电编码器。

进一步地，所述光电编码器包括增量式光电编码器。

本发明还提供一种缝纫机步进电机控制系统，所述系统包括：步进电机模块，用于驱动步进电机运动；反馈模块，用于通过编码器获取所述步进电机模块中的步进电机的运动信息，并将所述运动信息传送给控制模块；所述控制模块，用于预设所述步进电机模块中步进电机的步进速度、步进时间及允许偏差值，在所述步进时间内根据所述步进速度确定脉冲数以向所述步进电机发送；从所述反馈模块获取步进电机的运动信息，根据所述步进电机的运动信息计算出当前位置计数值，并将所述位置计数值与发送的所述脉冲的脉冲累计值进行比较得到差值，如果所述差值超出所述允许偏差值，则根据预设策略进行处理。

本发明的有益效果是：本发明的缝纫机步进电机控制方法及控制系统，能够解决现有技术中缝纫机缝纫时由于步进电机失步导致的缝纫长度变短、缝纫花样变形、动作不到位、针距大小不一等问题。并且本发明的技术方案由于控制器可以基于步进电机运动反馈信息，调整并控制步进电机的运动速度，可以有效的降低电机发热，延长电机使用寿命。

附图说明

图1是本发明的缝纫机步进电机控制系统的功能模块结构示意图；

图2是本发明的缝纫机步进电机控制系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的缝纫机步进电机控制方法，包括以下步骤：

步骤s101，控制器预设步进电机的步进速度、步进时间及允许偏差值，在所述步进时间内根据所述步进速度确定脉冲数以向所述步进电机发送。具体地，在所述步进时间内，所述控制器根据负载当前的初始位置以及在预设的步进时间要到达的目标位置设定步进电机的步进速度，根据所述步进速度相应的向所述步进电机发送一定数量的脉冲。在一个实施例中，所述控制器控制的是驱动缝纫机中的送布装置的步进电机，控制器首先得到所述送布装置的初始位置，并确定在预设的步进时间所述送布装置要到达的目标位置，根据所述初始位置和所述目标位置确定所述送布装置分别在x轴和y轴上的运动距离，由于所述送布装置在所述x轴和y轴上的运动是通过x轴和y轴上的步进电机的旋转确定的。因此可以根据所述送布装置在x轴上的运动距离确定x轴上的步进电机的总的旋转角度，根据所述送布装置在y轴上的运动距离确定y轴上的步进电机的总的旋转角度，进而根据所述步进时间分别确定x轴和y轴上的步进电机的步进速度(也可以成为旋转速度，即步进电机旋转的速度)。同时，控制器根据缝纫机对送布装置的位置的精度要求分别预设x轴和y轴上的允许偏差值。控制器根据x轴上的步进速度确定要向所述x轴步进电机发送的脉冲量，并向x轴步进电机发送，以驱动x轴步进电机按照预设的步进速度进行运动。控制器根据y轴上的步进速度确定要向所述y轴步进电机发送的脉冲量，并向y轴步进电机发送，以驱动y轴步进电机按照预设的步进速度进行运动。步进电机根据接收到的脉冲做出相应的运动。在不同的实施例中，所述控制器可以控制x轴和y轴上的步进电机，也可以控制抬压脚步进电机或者主轴步进电机。

步骤s102，编码器获取所述步进电机的运动信息，并实时地将所述运动信息传递给所述控制器。具体地，所述编码器获取所述步进电机的旋转方向信息以及旋转角度信息，并将所述旋转方向信息以及旋转角度信息传递给所述控制器。所述步进电机的旋转方向和旋转角度决定了所述步进电机对应操作的负载的运动方向和距离。编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器可以把角位移或直线位移转换成电信号，前者也可称为码盘，后者也可称为码尺。在本发明中所述编码器包括码盘。所述编码器包括光电编码器，光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。所述光电编码器包括增量式光电编码器。增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其旋转方向的判别和脉冲数量的增减借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的z信号，作为参考机械零位。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用90度相位差的a、b两路信号对原脉冲数进行倍频，或者更换高分辨率编码器。在一个实施例中，所述步进电机控制的是送布装置在x轴上的运动，所述步进电机的旋转方向和旋转角度决定了所述送布装置在x轴上的运动方向和运动距离。所述控制器根据预设的所述步进电机的步进速度向所述步进电机发送相应的一定数量的脉冲，所述脉冲控制所述步进电机进行相应的运动。所述脉冲通常是作用与步进电机的驱动器，由步进电机驱动器驱动步进电机运动。增量式光电编码器检测到所述步进电机的运动，获取所述步进电机的运动信息，所述运动信息包括步进电机的旋转方向信息和旋转角度信息。增量式光电编码器将所述步进电机的运动信息实时的发送给所述控制器。所述步进电机的运动通过联轴器驱动机械负载，如缝纫机中的送布装置。在一个实施例中，编码器固定于步进电机轴的尾端，对所述步进电机的运动进行检测，步进电机检测并输出a相信号和b相信号，所述a相信号和b相信号分别经过光耦隔离电路输入到所述控制器中。

步骤s103，所述控制器根据所述运动信息计算出当前的位置计数值。具体地，所述控制器根据所述运动信息(包括步进电机的旋转方向信息以及旋转角度信息)得到出所述步进电机的运动方向和旋转运动距离，进而计算出所述步进电机当前的位置计数值(|位置计数值|*l＝旋转运动距离，位置计数值的正负对应负载的运动方向，所以进行取绝对值操作)。步进电机的运动通过机械传动控制着负载的运动，因此，所述位置计数值决定了负载的实际运动距离，进而确定了负载的当前实际位置(负载实际位置)。

步骤s104，所述控制器将所述位置计数值与控制器根据所述预设的步进速度发送的脉冲累计值进行比较得到差值。具体地，所述控制器根据所述预设的步进速度发送脉冲，所述控制器对所发送的脉冲进行计数，得到所述步进电机的脉冲累计值(即已发送的脉冲数)，所述脉冲累计值决定负载当前的指定位置(也可称为脉冲累计位置)。在没有误差的情况下，所述脉冲累计值与所述位置计数值成确定的比例，通常为1:1。所述控制器将所述脉冲累计值与步骤s103得到的位置计数值进行比较，将两者比较得到一个差值。所述比较得到的差值是指将所述脉冲累计值乘以确定的比例后与所述位置计数值进行比较得到的结果。在比例为1:1的情况下，所述比较得到的差值即为所述脉冲累计值与所述位置计数值相减得到的结果。如果两者比较差值为零，则说明负载当前的指定位置与负载的当前实际位置相符，如果两者比较差值不为零，则说明负载当前的指定位置与负载的当前实际位置不相符。

在其中的一个实施例中，控制器可以根据应用环境的精度要求、使用的步进电机不同，获取步进电机负载工作状态时的直接启动转速、最高转速，并确定编码器的精度，以及步进电机驱动器的每转脉冲数(即步进速度)。当步进电机受外力堵转时，编码器检测并确定步进电机驱动的运动机构的位置信号，通过编码器的反馈信号，控制器在相应软件支持下自动尝试改变步进电机转速(控制器通过改变发给步进电机的脉冲数来改变步进电机的转速)，当以任何速度都无法再启动电机时，会发出严重错误警报，此时指示灯闪烁，控制器报相应错误代码。当mf电机释放信号有效时，电机将掉电并处于自由的状态，此时可以通过。

步骤s105，如果所述差值超出所述允许偏差值，则根据预设策略进行处理。具体地，将步骤s104所得到的差值与预设的允许偏差值相比较，如果所述差值的绝对值大于预设的偏差值，则根据预设策略进行处理。所述预设策略包括：控制器根据当前位置计数值确定负载当前实际位置，并重新预设所述步进电机的步进速度、步进时间。具体地，当所述差值的绝对值大于所述允许偏差值时，所述控制器将根据所述步进电机控制的负载在步进电机运动之前的初始位置和步进电机当前的位置计数值确定步进电机控制的负载的当前实际位置。将所述负载的当前实际位置作为新的初始位置，根据新的初始位置、新预设的步进时间、及新预设的目标位置，重新确定所述步进电机的步进速度。所述预设策略还可以包括：根据所述偏差值，在原有的预设步进速度确定的脉冲数量基础上，对脉冲数量进行相应的调整。在一个实施例中，所述脉冲累计值与所述位置计数值比较的结果为所述位置计数值偏小，即相当于有的脉冲并没有充分发挥其对步进电机的驱动作用。此时，对脉冲数量的调整即为增加一定的脉冲数量，以补偿因某些原因导致没有充分发挥作用的脉冲，从而使得运动负载最终能够在预设的步进时间到达负载的目标位置。所述负载的目标位置实际上即为所述步进时间和步进速度所确定的脉冲累计值所确定的负载目标位置。

在其中的一个实施例中，缝纫机的控制器根据负载的当前初始位置以及目标位置确定负载运动的距离，并根据所述运动距离预设步进电机的步进时间和步进速度。控制器根据所述步进速度向步进电机发送一定数量的脉冲，所述步进电机的驱动器接收到所述脉冲驱动所述步进电机运动，步进电机运动驱动着负载相应的进行运动。编码器对步进电机的运动进行监控，记录步进电机的运动信息。所述控制器从所述编码器中得到所述步进电机的运动信息，并根据所述运动信息确定所述步进电机的当前位置计数值，所述当前位置计数值确定负载实际运动的位置和速度。所述控制器根据位置计数值与脉冲累计值比较，根据比较结果调整发送的脉冲数量，相当于调整步进电机或负载的速度。当步进时间结束时，判断负载是否到达指定位置，或判断此时步进电机的位置计数值与脉冲累计值比较是否相符，如果相符，则本次负载运动结束。如果不相符，根据步进电机的位置计数值与脉冲累计值的比较结果确定需要补偿的脉冲数量，发送需要补偿的脉冲数量给步进电机，步进电机进而驱动负载到达指定目标位置。

在实际的应用中，所述控制器对缝纫机的送布装置控制还包括一个x、y方向的定位过程：x、y方向各有一个光耦传感器来确定各自方向的零点，开始定位时先读取光耦传感器的状态，根据光耦传感器的电平来控制步进电机的转动方向，以一定的速度运行，运行时当检测到光耦传感器的信号跳变时，如光耦信号从‘1’变为‘0’或‘0’变‘1’时即认为此处为x或y方向的零点，此时主控制器把编码器内部的位置计数值清零。当一个方向上的步进电机检测到光耦传感器后，就将相应的编码器的位置计数器清零。这时表示该步进电机到了本次运动的起点位置或者是终点位置。此时可根据需要改变步进电机的方向。如系统位置的最小分辨率为0.1mm，那么从零点向正方向运行1mm，编码器的位置计数值就置为10；向负方向运行1mm，那么编码器的位置计数值就置为-10。

本发明还提供一种缝纫机步进电机控制系统。如附图1所示，所述缝纫机步进电机控制系统包括：控制模块11，步进电机模块12以及反馈模块13。其中：

步进电机模块12，与所述控制模块11相连，用于驱动步进电机运动。具体地，所述步进电机模块包括步进电机及其驱动器，所述步进电机的驱动器接收控制模块发送的脉冲，并根据所述脉冲驱动所述步进电机运动。

控制模块11，用于预设所述步进电机模块12中步进电机的步进速度、步进时间及允许偏差值，在所述步进时间内根据所述步进速度确定脉冲数以向所述步进电机发送；从所述反馈模块13获取步进电机的运动信息，根据所述步进电机的运动信息计算出当前位置计数值，并将所述位置计数值与发送的所述脉冲的脉冲累计值进行比较得到差值，如果所述差值超出所述允许偏差值，则根据预设策略进行处理。具体地，所述控制模块11预设所述步进电机模块12中步进电机的步进速度、步进时间及允许偏差值；根据预设的步进速度相应的发送一定数量的脉冲给所述步进电机模块，以驱动相应的步进电机以预定的步进速度进行运动。所述控制模块11从所述反馈模块13中获取所述步进电机的运动信息，并根据所述运动信息确定的当前的负载实际位置；控制模块11根据发送的脉冲累计值确定负载的当前指定位置；控制模块11比较负载实际位置和脉冲累计值，或比较当前负载实际位置和负载的当前指定位置，比较结果为一个差值。如果所述差值大于控制模块11的允许偏差值，则根据预设策略进行处理。所述预设策略包括：所述预设策略包括控制模块11根据当前位置计数值确定负载当前实际位置，并重新预设所述步进电机的步进速度、步进时间。所述预设策略还包括：所述控制模块11根据所述差值调整所述预设的步进电机的步进速度。

反馈模块13，用于通过编码器获取所述步进电机模块12中的步进电机的运动信息，并将所述运动信息传送给控制模块11。具体地，所述编码器包括光电编码器。所述光电编码器可以为增量式光电编码器。所述运动信息包括步进电机的旋转方向信息及旋转角度信息。

在一个所述步进电机控制系统的实际应用中，如附图2所示，所述控制模块11包括上位机和运动控制器，所述上位机根据负载的初始位置和目标位置预设步进时间、步进速度以及允许偏差值。所述上位机根据所述步进速度确定，并通过指令控制运动控制器向步进电机模块发送一定数量的脉冲。所述步进电机模块包括步进电机驱动器和步进电机。步进电机驱动器接收控制模块11发送的脉冲，根据脉冲驱动步进电机运动。步进电机的运动通过联轴器驱动机械负载运动。所述反馈模块13包括编码器，所述编码器读取步进电机的运动信息，并将所述运动信息反馈到控制模块11，所述运动信息即为反馈信息。所述控制模块11接收到所述运动信息，由运动控制器将运动信息等状态反馈到上位机，上位机根据运动信息和脉冲累计数计算，确定是否调整脉冲数量。

综上所述，本发明的缝纫机步进电机控制方法及控制系统，通过将步进电机的运动信息反馈给控制器，控制器根据步进电机的运动反馈信息，对步进电机的运动进行调整，使得步进电机能够及时准确的到达目的位置。这能够解决现有技术中缝纫机缝纫时由于步进电机失步导致的缝纫长度变短、缝纫花样变形、动作不到位、针距大小不一等问题。并且本发明的技术方案由于控制器可以根据步进电机的运动反馈信息来调整并控制步进电机的运动速度，因此可以有效的避免电机的过度发热，从而延长电机使用寿命。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。