專利名稱：具有反饋控制同步電機的用于織機的正紗線饋送機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有由電壓或速度控制的同步電機的、用于織機等的正紗線饋送機，尤其涉及一種用于所述紗線饋送機的反饋控制單元。
背景技術：
眾所周知，上述類型的紗線饋送機通常從線軸上拉動紗線，并且以受調節的速度和張力將紗線饋送至設置于下游的機器，諸如織機、編織機、絡紗機等等。饋送機包括一電機，諸如步進電機、或者更有利的是無刷電機，該電機驅動一紗線饋送卷軸，大量紗線圈纏繞在該紗線饋送卷軸上。速度傳感器和/或位置傳感器結合至電機，從而允許通過反饋回路控制電機速度。尤其，由一電能供應單元驅動電機，該電能供應單元包括由一控制單元控制的一電子開關的電橋，該控制單元處理來自外部傳感器的多種信號，諸如紗線張力信號、來自電機傳動的電壓信號和/或電流信號、以及來自所述速度傳感器和/或位置傳感器的反饋信號。基于這些信號，控制單元循環地閉合電能供應單元的開關，從而控制電機速度、以及因此正比于電機速度的紗線速度。
如同本領域普通技術人員所周知的，在同步電機的特定情況下，必須測定轉子的瞬時位置，從而實施電機的反饋控制。尤其，位置的測量越準確和明確，則隨著減少了眾所周知的轉矩“脈動”現象，用于電機的速度控制將會越準確和均勻，該轉矩“脈動”現象限制了控制系統的通帶，從而影響了紗線饋送過程的精度，且因此在均勻的織物或網狀織物的中產生瑕疵。
因此，已知提供具有復雜的位置傳感器的正紗線饋送機，該復雜的位置傳感器具有位置檢測分辨率與卷軸直徑的高比值的特點。然而，這種高分辨率的傳感器非常昂貴，并且還具有其它的缺點，該缺點是包括與轉子整體地轉動的機械元件，因此增加了轉子的慣性矩，從而影響了電機加速/減速的響應度。
通常用于提供有三相無刷電機的正紗線饋送機的、成本較低的控制系統利用了三個數字霍爾傳感器，這些傳感器設置于電機內，并且為了發送位置信號而連接至控制單元。這種用于測量轉子角位置的系統的缺點是，它具有較低的分辨率，因此加劇了上述的脈動現象。實際上，通過組合來自三個傳感器的信號，每個機械回轉最多可識別6×N個角位置，這里N是極靴的對數。
國際申請第2004/038907A1號中公開了一種用于一與負紗線饋送裝置相關聯的永磁鐵、同步電機的矢量控制的傳感器系統。在此文件中，具有相同極性的部分永磁鐵由電機的轉子可轉動地驅動，并且繞360°均勻分配。沿著部分永磁鐵的軌道對準的兩個固定霍爾傳感器沿轉動方向留間隔成，每個部分永磁鐵暫時地同時致動諸霍爾傳感器中的至少兩個。提供零永磁鐵14用于旁路通過諸霍爾傳感器中的至少一個。與轉子相關的部分永磁鐵增加了轉子的慣性矩，從而影響了電機的響應度。
英國專利第2305033A號公開了一種無刷直流電機控制器，該無刷直流電機控制器具有電子開關來控制在電機每相中的電流。霍爾傳感器用于檢測電機的磁通量的某些位置。通過解碼霍爾傳感器的輸出而得到的換相電路的輸出，來打開或關上開關。一相復位電壓控制振蕩器預期到諸傳感器項目之間的角度，并且將該角度與一開始角度和一設為用于最大能量輸出的角度相比較。然后，該比較結果用于一門控雙穩態電路中，從而產生開關控制信號。基于周期的相修正回路通過一相前期控制來控制一換相邏輯電路，該換相邏輯電路改變電機的相，而電機是受PWM控制的。
發明內容
本發明的主要目的是，提高在位置檢測系統中使用諸如數字霍爾傳感器之類的一簡單設計的片狀位置傳感器而進行的速度控制過程的精度和均勻性，由此顯著減少甚至消除驅動紗線饋送的電機中的轉矩脈動。
閱讀了下面的描述，以上目的和其它優點將會變得更顯而易見，以上目的和其它優點通過一種用于織機的正紗線饋送機來實現，該正紗線饋送機包括一同步電機，具有一轉子，一繞線卷軸連接至該轉子；多個位置傳感器，設置成檢測轉子在預定角位置的通過，并且產生相應的位置脈沖；以及一控制單元，對該控制單元編程，從而將一相應的測量角位置分配至位置脈沖的每個組合，該控制單元連接至電機，從而通過用源自測量角位置的引導位置值反饋來驅動電機，其中，還對控制單元編程，從而通過對一源自連續的測量角位置之間的時間間隔的測量的速度信號進行積分，來計算在測量角位置之間的間隔中的電機的角位置，并且控制單元包括一判定模塊，對該判定模塊編程，從而作出測量角位置和相應的計算角位置之間的差值，并且將差值的絕對值與一預定閾值進行比較，由此，假如差值的絕對值低于閾值，則判定模塊將計算角位置選為引導位置信號，否則選定測量角位置。
而本發明的其它優點和特征是在上述正紗線饋送機中，時間間隔由一計時器來計算，該計時器通過一高頻時鐘信號來引導，并且通過一在連續的測量角位置之間的間隔期間產生的觸發信號來驅動。
在上述正紗線饋送機中，對控制單元編程，從而基于產生的、與諸位置傳感器中的一個開關相一致的校準信號，而在電機的一個回轉中至少一次向測量角位置校準計算角位置。
在上述正紗線饋送機中，同步電機是三相電機。
在上述正紗線饋送機中，同步電機具有一正弦反電動勢。
在上述正紗線饋送機中，包括三個位置傳感器，圍繞轉子以相同的角度120°而相互間隔。
在上述正紗線饋送機中，位置傳感器是霍爾傳感器。
在上述正紗線饋送機中，引導位置值用于電機的電壓的正弦控制。
在上述正紗線饋送機中，引導位置值用于電機的電流的正弦控制。
圖1是本發明涉及的類型的一種正紗線饋送機的總框圖；圖2是根據本發明的控制單元的一部分的框圖；圖3是顯示了電機的實際角位置和由根據本發明的控制單元計算的角位置的時間關系圖。
具體實施例方式
在圖1中，一正紗線饋送機AP從一線軸RO上拉動紗線F，并且以受調節的速度和受調節的張力將紗線饋送至一機器MF，諸如織機、編織機、絡線機等等。從線軸RO拉出的紗線F在一繞線卷軸R上纏繞成多個線圈，該繞線卷軸R用鍵固定至電機M的驅動軸，然后紗線F通過一張力傳感器ST，并且最終饋送至機器MF。
電機M是一具有正弦反電動勢的永磁鐵、同步無刷電機，該電機由一功能單元PS通過提供有電子開關的三相開關電橋SP來驅動。三相開關電橋SP由三個一組的、較佳的是正弦的調制數字信號PWM1、PWM2、PWM3來驅動(圖2)，這些調制數字信號PWM1、PWM2、PWM3由一微控制器或數字信號處理器DSP來產生。微控制器DSP結合入一控制單元CU，該控制單元CU從傳感器ST接收關于紗線F的張力信號T、來自電機驅動的電壓信號V和電流信號I、來自與電機相關的用于反饋控制電機的位置傳感器的反饋信號FB、以及通常的外部信號S，反饋信號FB將在下文更詳細地描述。基于這些信號，控制單元將上述的調制數字信號發送至電橋SP，從而獲得所需的紗線速度和紗線張力。
現在具體參見圖2，電機M支持三個數字霍爾傳感器HS1、HS2、HS3，這三個數字霍爾傳感器HS1、HS2、HS3圍繞轉子以相同的角度120°相互間隔，并且為了發送位置脈沖P1、P2、P3(上文通稱為位置信號FB)而連接至微控制器DSP。如同本領域普通技術人員所周知的，通過對三個一組的傳感器的每個都開關而產生的信號進行組合，可獲得六種不同的組合，每種組合對應于電機的電角位置。因此，通過將極靴的對數乘以六，來算出每個機械回轉的已測量角位置數量。微控制器DSP包括一狀態機SM，該狀態機SM從霍爾傳感器接收位置脈沖P1、P2、P3，并且給每個組合分配一特定的狀態，即特定的電角位置，從而產生一已測量的位置信號θH，該位置信號θH是準確的但具有較低的分辨率，且每個電回轉只有六個位置數據。狀態機還產生一方向信號DS、以及一校準信號AS，該方向信號DS表示轉動的方向。一個機械回轉至少一次產生校準信號AS，來與諸霍爾傳感器的開關中個的一個或多個相一致。下文將更詳細地描述信號DS和AS的使用。
為了在由三個霍爾傳感器測量的位置之間估計出中間的角位置，狀態機SM在兩個連續狀態之間的間隔期間產生一觸發信號TR，該觸發信號TR驅動由一時鐘信號CLK以高頻引導的計時器T。這允許以高精度測量在兩個連續電角位置之間的時間間隔。計時器T將時間間隔信號X發送到一分配模塊DIV。
分配模塊DIV通過轉化時間間隔X來計算出電機的瞬時速度ω。在分配模塊DIV中，算出的速度的符號也與信號DS相一致，該信號DS由狀態機產生，并且表示了轉動方向。然后，分配模塊DIV將速度信號ω發送到一固定頻率的積分濾波器INT，在已測量的角位置θH之間的間隔中，該積分濾波器INT通過積分基于速度ω計算電機的角位置θS。基于由狀態機在預定位置產生的校準信號AS，積分濾波器INT使計算位置θS向測量位置θH校準。實際上，如同本領域普通技術人員所周知的，由于通過對一濾過的采樣速度信號進行積分而計算出計算位置θS，所以計算位置θS會受相位延遲和時間延遲的影響，假如不通過一校準操作來補償該相位延遲和時間延遲，則將影響角位置的計算而產生誤差。
最后，一判定模塊DEC接收測量位置θH和計算位置θS，并且選出代表引導位置信號θ的較好估計值的一個，而將它發送到一驅動電機的正弦電壓/電流控制回路(未顯示)。為了選出兩個位置信號θH和θS中那個是最佳的估計值，判定模塊作出所述信號θH和θS之間的差值，并且將結果的絕對值與一預定閾值進行比較。假如差值的結果小于閾值，則判定模塊將計算位置信號θS選為最佳估計值以用作引導位置信號θ，否則就選定測量位置信號θH。
在圖3的視圖中，虛線θM表示在從一靜止位置開始加速的瞬時期間、轉子的角位置的曲線。由微處理器DSP計算出的位置表示成連續的線。在360°的第一個電回轉期間，由于迅速加速，計算角位置θS1和測量角位置θH之間的差值超出了預定的閾值，例如該閾值假設為30°。尤其，初始的計算位置為零，而初始的計算速度也為零。在時刻t1，產生第一觸發信號。不修正計算位置，因為假如速度等于零，則只在校準時更新位置，然而更新速度則需要兩個連續的觸發信號。在時刻t2，產生第二觸發信號，速度變化成在時間間隔t1-t2的平均值，并且通過對速度積分來更新計算位置。在時刻t3，產生第三觸發信號，速度變化成在時間間隔t2-t3的平均值，并且因此更新計算位置。如同可從圖3的視圖中清晰看到的，第一電回轉期間的誤差是90°或更大，該誤差不適用于電機的動態控制。因此，在第一電回轉期間，判定模塊DEC將離散的位置信號θH選為最佳估計值。在第一回轉之后，相反地，速度穩定，并且由計算角位置θS2來給出最佳估計值。由于計算角位置θS2通過積分而計算出，如上所述，它會受相位延遲和時間延遲的影響。因此，如圖3所示，在360°以后，計算角位置達到由狀態機產生的校準信號AS的級別，即校準至該校準信號AS。在視圖中的例子中，在從上一個狀態(660°)到第一狀態(720°，新回轉的開始，線θS3)的瞬時期間，豎直的臺階AL表示了該校準，但是當然可對判定模塊編程，從而在兩個不同狀態之間的瞬時期間實施校準，甚至多于一個回轉一次。
以一種本來已知的方式，如上算出的引導位置值θ可用于電機的電壓或電流的正弦控制。
這里已經描述了本發明的一較佳實施例，但是本領域普通技術人員當然可在本發明概念的范圍內作出許多變化。例如，盡管在以上的例子中使用了數字霍爾傳感器，但還可使用其它類型的位置傳感器，諸如設置于電機內或外的光學傳感器。當然，本描述所涉及的功能模塊可由一計算機化的控制系統中的軟件來實施，而不是由物理裝置來實施。
權利要求
1.一種用于織機的正紗線饋送機，包括一同步電機(M)，具有一轉子，一繞線卷軸(R)連接至該轉子，多個位置傳感器(HS1、HS2、HS3)，設置成檢測所述轉子在預定角位置的通過，并且產生相應的位置脈沖(P1、P2、P3)，以及一控制單元(CU)，對該控制單元(CU)編程，從而將一相應的測量角位置(θH)分配至所述位置脈沖(P1、P2、P3)的每個組合，該控制單元(CU)連接至所述電機，從而通過用源自所述測量角位置(θH)的引導位置值(θ)反饋來驅動所述電機，其特征在于，還對所述控制單元(CU)編程，從而通過對一源自連續的測量角位置(θH)之間的時間間隔的測量的速度信號(ω)進行積分，來計算在所述測量角位置(θH)之間的間隔中的所述電機的角位置，并且所述控制單元(CU)包括一判定模塊(DEC)，對該判定模塊(DEC)編程，從而作出所述測量角位置(θH)和相應的計算角位置(θS)之間的差值，并且將所述差值的絕對值與一預定閾值進行比較，由此，假如所述差值的所述絕對值低于所述閾值，則所述判定模塊將所述計算角位置(θS)選為引導位置信號(θ)，否則選定所述測量角位置(θH)。
2.如權利要求1所述的正紗線饋送機，其特征在于，所述時間間隔由一計時器(T)來計算，該計時器(T)通過一高頻時鐘信號來引導，并且通過一在連續的測量角位置之間的所述間隔期間產生的觸發信號(TRG)來驅動。
3.如權利要求1或2所述的正紗線饋送機，其特征在于，對所述控制單元(CU)編程，從而基于產生的、與所述諸位置傳感器中的一個開關相一致的校準信號，而在所述電機的一個回轉中至少一次向所述測量角位置(θH)校準所述計算角位置(θS)。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的正紗線饋送機，其特征在于，所述同步電機(M)是三相電機。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的正紗線饋送機，其特征在于，所述同步電機(M)具有一正弦反電動勢。
6.如權利要求5所述的正紗線饋送機，其特征在于，包括三個所述位置傳感器，圍繞所述轉子以相同的角度120°相互間隔。
7.如權利要求1-6中任意一項所述的正紗線饋送機，其特征在于，所述位置傳感器是霍爾傳感器(HS1、HS2、HS3)。
8.如權利要求1-7中任意一項所述的正紗線饋送機，其特征在于，所述引導位置值(θ)用于所述電機(M)的電壓的正弦控制。
9.如權利要求1-7中任意一項所述的正紗線饋送機，其特征在于，所述引導位置值(θ)用于所述電機(M)的電流的正弦控制。
全文摘要
一同步電機(M)具有一轉子，一繞線卷軸(R)連接至該轉子。多個位置傳感器(HS1、HS2、HS3)檢測轉子在預定角位置的通過，并且產生相應的位置脈沖(P1、P2、P3)。一控制單元(CU)將一測量角位置(θ
文檔編號D03J1/00GK101041918SQ200710006200
公開日2007年9月26日 申請日期2007年1月30日 優先權日2006年3月24日
發明者G·安得里亞, R·莫克 申請人:愛吉爾電子股份公司