專利名稱：基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統及方法
技術領域：
本發明屬于紡機領域，具體涉及一種基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統及方法。
背景技術：
現有的高速倍捻機控制系統，大多數都是由一個可編程控制器為主控制單元，控制錠子電機速度(變頻器調速)、卷繞電機速度(變頻器調速)、橫動移紗電機速度(伺服驅動器調速)，用LCD觸摸屏設置和顯示工藝參數的控制方案。這種控制系統不僅對CPU的性能要求很高，控制很復雜，并且最終紗線成型效果也不太理想。另外普通交流感應電機的工作效率低，噪聲也大，能源損耗比較嚴重。
發明內容
本發明目的在于針對 現有技術的不足，提出一種基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統及方法。本發明基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統包括人機交互界面模塊、卷繞電機控制器模塊、橫動成型電機控制器模塊、多個錠子電機控制器模塊、卷繞電機驅動器模塊、橫動成型電機驅動器模塊、多個錠子電機驅動器模塊和多個無刷直流電機；所述的卷繞電機控制器模塊、橫動成型控制器模塊和多個錠子電機控制器模塊采用ARM處理器STM32F103，所述的卷繞電機驅動器模塊、橫動成型電機驅動器模塊、多個錠子電機驅動器模塊采用IPM功率驅動模塊；每一個控制電路包括一個控制器模塊、一個驅動器模塊和一個無刷直流電機，控制器模塊的PWM輸出管腳與驅動器模塊的信號輸入管腳連接，驅動器模塊的u、v、w三個輸出管腳與無刷直流電機對應連接。卷繞電機即I號無刷直流電機的霍爾位置傳感器與本路及其他各路控制器模塊的輸入捕獲管腳連接，卷繞電機即I號無刷直流電機的電流反饋端與本路及其他各路控制器模塊的ADC模塊輸入管腳連接。2號、號無刷直流電機的霍爾位置傳感器與本路控制器模塊的輸入捕獲管腳連接，2號、號無刷直流電機的電流反饋端與本路控制器模塊的ADC模塊輸入管腳連接。各個電機控制器模塊通過485通信模塊與其他控制電路的控制器模塊連接。所述的人機交互界面模塊與卷繞電機控制器模塊之間通過串行通信接口連接。基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制方法，包括以下步驟:
步驟⑴:ARM處理器獲取人機交互界面裝置中的IPM模塊選擇指令信
息釁￠=1,2...... )，紗線線速設定指令信息Α(ι = 1，2……《)，捻度設定指令信息
IS = l.2…… )；
步驟(2):ARM處理器獲取Mi , H ,先將和巧暫存，根據捻度計算公式:錠速=
捻度*卷繞線速，因此可由捻度計算公式計算出錠子轉速和卷繞線速間的跟蹤關系，再根據導紗角公式:導紗器速度=卷繞繞速*tg0，其中Θ為交叉角，導紗器速度即為橫動成型電機的轉速，計算出橫動成型電機的橫動頻率，由ARM處理器根據設定的巧自動調節無刷直流電機驅動器的PWM占空比Si，控制無刷直流電機的轉速；在ARM處理器的PWM管腳與功率驅動模塊的輸入管腳之間添加一個時間常數力的濾波環節，其中 與反饋信號濾波電路的時間常數7相一致，保證給定信號與反饋信號經過同樣的延遲，在時間上達到同步；
步驟(3):ARM處理器通過比較發現如果下的巧￠ = 1,2……有更新，則在無刷直流電機驅動器功率開關管導通期間的中部，檢測驅動器直流回路母線的電流，并輸出一個4 20mA的電流反饋信號切=1,2...... )，送入本路和其他各路控制器模塊的ADC模塊。
ARM處理器的輸入捕獲模塊通過捕獲霍爾傳感器上升脈沖信號，采用中值平均濾波算法計算出實際轉速測量值V# =W……，再對所測量得到的各個電流信號、轉速信號與設定值
進行對比，然后協調和修正各個無刷直流電機的轉速，確保倍捻機能自動完成紗線成型。本發明有益效果是:倍捻機根據設定的紗線速度自動協調控制錠子電機和橫動移紗電機的轉速，從而提高了工作效率和紗線成型質量。設定倍捻機線速后，通過錠子電機和橫動移紗電機的電流反饋和速度反饋，用電流環作為速度環的內環，來確保卷繞電機和橫動移紗電機的實際轉速自動跟隨紗線的線速。本發明通過有效協調控制各無刷直流電機間的轉速，克服了以往倍捻機通過齒輪變速箱和皮帶進行傳動，大大提高了倍捻機的電效率。通過485通訊接口把倍捻機運行參數實時地上傳到上位機，實現了遠程監控。本發明通過用無刷直流電機替代傳統的交流感應電機，不僅消除了傳統多級減速方案所帶來的損耗，而且無刷直流電機還具有體積小、重量輕、力矩大、調速范圍廣、可靠性好和效率高等特點，所以采用本發明方案后，倍捻機的綜合節電率可達20%飛0%，節能效果十分顯著。
圖1為本發明的電路原理框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統包括人機交互界面模塊、卷繞電機控制器模塊、橫動成型電機控制器模塊、多個錠子電機控制器模塊、卷繞電機驅動器模塊、橫動成型電機驅動器模塊、多個錠子電機驅動器模塊和多個無刷直流電機；所述的卷繞電機控制器模塊、橫動成型控制器模塊和多個錠子電機控制器模塊采用ARM處理器STM32F103，所述的卷繞電機驅動器模塊、橫動成型電機驅動器模塊、多個錠子電機驅動器模塊采用IPM功率驅動模塊；每一個控制電路包括一個控制器模塊、一個驅動器模塊和一個無刷直流電機，控制器模塊的PWM輸出管腳與驅動器模塊的信號輸入管腳連接，驅動器模塊的u、v、w三個輸出管腳與無刷直流電機對應連接。卷繞電機即I號無刷直流電機的霍爾位置傳感器與本路及其他各路控制器模塊的輸入捕獲管腳連接，卷繞電機即I號無刷直流電機的電流反饋端與本路及其他各路控制器模塊的ADC模塊輸入管腳連接。2號、號無刷直流電機的霍爾位置傳感器與本路控制器模塊的輸入捕獲管腳連接，2號、號無刷直流電機的電流反饋端與本路控制器模塊的ADC模塊輸入管腳連接。各個電機控制器模塊通過485通信模塊與其他控制電路的控制器模塊連接。所述的人機交互界面模塊與卷繞電機控制器模塊之間通過串行通信接口連接。基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制方法，包括以下步驟:
步驟⑴:ARM處理器獲取人機交互界面裝置中的IPM模塊選擇指令信息
M= 1,2…… )，紗線線速設定指令信息,￠==1,2…… ),捻度設定指令信息
N=i ~ X 2......fi);
步驟(2):ARM處理器獲取Mi , A ,先將郵和％暫存，根據捻度計算公式:錠速=
捻度*卷繞線速，因此可由捻度計算公式計算出錠子轉速和卷繞線速間的跟蹤關系，再根據導紗角公式:導紗器速度=卷繞繞速*tg0，其中Θ為交叉角，導紗器速度即為橫動成型
電機的轉速，計算出橫動成型電機的橫動頻率，由ARM處理器根據設定的A自動調節無刷直流電機驅動器的PWM占空比Si，控制無刷直流電機的轉速；在ARM處理器的PWM管腳與功率驅動模塊的輸入管腳之間添加一個時間常數為 的濾波環節，其中與反饋信號濾波電路的時間常數1相一致，保證給定信號與反饋信號經過同樣的延遲，在時間上達到同步；步驟(3):ARM處理器通過比較發現如果下的=1,2《)有更新，則在無刷直流電機驅動器功率開關管導通期間的中部，檢測驅動器直流回路母線的電流，并輸出一個4 20mA的電流反饋信號為(ι=12...... )，送入本路和和其他各路控制器模塊的ADC模塊。ARM
處理器的輸入捕獲模塊通過捕獲霍爾傳感器上升脈沖信號，采用中值平均濾波算法計算出實際轉速測量值K(i = W...... )，再對所測量得到的各個電流信號、轉速信號與設定值進行
對比，然后協調和修正各個無刷直流電機的轉速，確保倍捻機能自動完成紗線成型。
權利要求
1.基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統包括人機交互界面模塊、卷繞電機控制器模塊、橫動成型電機控制器模塊、多個錠子電機控制器模塊、卷繞電機驅動器模塊、橫動成型電機驅動器模塊、多個錠子電機驅動器模塊和多個無刷直流電機；所述的卷繞電機控制器模塊、橫動成型控制器模塊和多個錠子電機控制器模塊采用ARM處理器STM32F103，所述的卷繞電機驅動器模塊、橫動成型電機驅動器模塊、多個錠子電機驅動器模塊采用IPM功率驅動模塊；每一個控制電路包括一個控制器模塊、一個驅動器模塊和一個無刷直流電機，控制器模塊的PWM輸出管腳與驅動器模塊的信號輸入管腳連接，驅動器模塊的u、v、w三個輸出管腳與無刷直流電機對應連接；卷繞電機即I號無刷直流電機的霍爾位置傳感器與本路及其他各路控制器模塊的輸入捕獲管腳連接，卷繞電機即I號無刷直流電機的電流反饋端與本路及其他各路控制器模塊的ADC模塊輸入管腳連接；2號、號無刷直流電機的霍爾位置傳感器與本路控制器模塊的輸入捕獲管腳連接，2號、號無刷直流電機的電流反饋端與本路控制器模塊的ADC模塊輸入管腳連接；各個電機控制器模塊通過485通信模塊與其他控制電路的控制器模塊連接；所述的人機交互界面模塊與卷繞電機控制器模塊之間通過串行通信接口連接。
2.基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟⑴:ARM處理器獲取人機交互界面裝置中的IPM模塊選擇指令信息Mi(i = 1,2……n)，紗線線速設定指令信息= 1,2……n),捻度設定指令信息Vii1 = 12......n)； 步驟(2):ARM處理器獲取,Mi,ωi,ηi，先將Mi和ηi暫存，根據捻度計算公式:錠速=捻度*卷繞線速，因此可由捻度計算公式計算出錠子轉速和卷繞線速間的跟蹤關系，再根據導紗角公式:導紗器速度=卷繞繞速*tgθ，其中Θ為交叉角，導紗器速度即為橫動成型電機的轉速，計算出橫動成型電機的橫動頻率，由ARM處理器根據設定的％自動調節無刷直流電機驅動器的PWM占空比4，控制無刷直流電機的轉速；在ARM處理器的PWM管腳與功率驅動模塊的輸入管腳之間添加一個時間常數為 的濾波環節，其中與反饋信號濾波電路的時間常數相一致，保證給定信號與反饋信號經過同樣的延遲，在時間上達到同步； 步驟(3):ARM處理器通過比較發現如果Mi下的ωi(i = 1，2...... )有更新，則在無刷直流電機驅動器功率開關管導通期間的中部，檢測驅動器直流回路母線的電流，并輸出一個4 20mA的電流反饋信號λi(i = 1,2...... )，送入本路和其他各路控制器模塊的ADC模塊；ARM處理器的輸入捕獲模塊通過捕獲霍爾傳感器上升脈沖信號，采用中值平均濾波算法計算出實際轉速測量值Vi(i =1，2...... )，再對所測量得到的各個電流信號、轉速信號與設定值進行對比，然后協調和修正各個無刷直流電機的轉速，確保倍捻機能自動完成紗線成型。
全文摘要
本發明涉及一種基于無刷直流電機的新型高速倍捻機控制系統及方法。現有的倍捻機控制系統只能通過控制變頻器來控制其他電機轉速。本發明包括ARM處理器STM32F103、人機交互界面模塊、485通訊模塊、IPM功率驅動模塊和無刷直流電機模塊。人機交互界面模塊和485通訊模塊分別與ARM處理器的兩個串行通信接口連接，它的PWM輸出管腳與功率驅動模塊的輸入端相連，IPM功率驅動模塊的U、V、W三個輸出管腳與無刷直流電機一一對應連接，每一路無刷直流電機的電流和速度反饋端與本路及其他路的ARM處理器輸入管腳相連。本發明可以協調控制倍捻機系統內各個無刷直流電機的轉速。
文檔編號D01H1/32GK103147178SQ20131009513
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者高明煜, 陳文佳, 曾毓, 馬國進, 黃繼業, 何志偉, 吳占雄, 李蕓 申請人:杭州電子科技大學