基于DSPIC的工业缝纫机控制系统设计与分析

日期:2020-01-29编辑作者:市场观察

  近年来,我国服装工业迅猛发展,对工业缝纫机的性能也就提出了越来越高的要求。以直流无刷电机为动力单元的工业缝纫机正在占领原始缝纫机市场。直流无刷电机相比离合器电机具有体积小、动态性能好、控制方便等优点。新一代的工业缝纫机控制系统大部分带有光电码盘作为位置反馈来计算电机的位置和速度,此系统的优点是能准确得到电机当前位置,缺点是成本较高。

  本文以直流无刷电机为控制对象,提出了一种无需光电码盘,而以霍尔信号为反馈的高性能低成本的工业缝纫机控制系统的方案。

  工业缝纫机大部分功能的实现最终都需依靠伺服电机控制系统完成,所以伺服系统的性能好坏是影响控制器性能的关键。其主要的性能指标要求如下:

  (1)起停迅速。因为起停时间涉及剑服装加工的生产效率,所以缝纫机操作人员对设备起停时间要求较高,启停时间在200 ms和120 ms以内。

  (2)定位精确。缝制过程结束后需要自动上下停针,要求机针定位精确,这影响到是否能顺利切线和拨线等操作,一般要求定位精度控制在±5°以内。

  (3)起停非常频繁,一天需要工作16个小时以上,而且工作环境灰尘非常大,对控制器硬件电路的可靠性有很高的要求。

  (4)调速范围宽和速度精度高。实现无级变速,调速范围200~5 000 r/min,速度控制精度《±5 r/min。

  鉴于工业缝纫机伺服系统的性能指标,硬件控制单元采用Microchip公司新推出的主要针对电机控制的16位DSC控制芯片DSPIC33F。它具有一个16位CPU和一个DSP内核,除常见外设外,该芯片有一个6通道的电机专用MCPWM控制器。此装置大大简化了产生脉宽调制(PWM)波形的控制软件和外部硬件,通过编程可产生互补的三相6路PWM波形。可通过编程设置死区时间防止同一桥臂上2个功率管发生直通造成短路。芯片内既有快速DSP运算引擎,又有PI单片机接口驱动能力,最高可以运行至40 M IPS。芯片还为三相电机驱动控制设汁了8路PWM驱动、正交编码器接口和12位ADC等专用功能单元。功率电路采用智能功率模块IRAMS10UP60B为主体电路,针对工业缝纫机控制功能单一、管脚需求少和直流无刷电机驱动实时性强、运算复杂的特点,采用上述型号的DSC芯片可以构建一款简捷的驱动控制系统,该系统所需接口少,所用辅助线路少。因此可以有效的降低成本。整个硬件系统的原理框图如图1所示:

  如图1所示,交流220 V电压经过整流滤波之后为IPM模块提供直流电源。DSP根据捕获的霍尔位置信号确定转子的当前位置并计算电机的转速。输出的PWM经过智能功率模块IRAMS10UP60开启相应的MOS管,逆变产生三相电压供给无刷直流电动。电机驱动工业缝纫机的机头进行工作。调节调速盒可以改变电机转速。其中IPM模块自身带有检测过温过流的电路,如检测到过温过流,立刻封锁PWM波形,并且把故障信号送到DSP进行处理。

  PWM控制是直流无刷电机矢量控制系统的控制核心,任何控制箅法的最终实现几乎都是以各种PWM控制方式完成的。本系统中我们采用的是方波控制,该控制方式是以三相对称正弦波电压供电时对称电动机定子的理想磁链圆为基准,由三相逆变器不同的开关模式产生的实际磁链矢量去逼近基准磁链圆,以达到高性能的控制,同时可以较好地改善电源电压。利用效率由于该控制方法把逆变器和电机作为一个整体来考虑,因而模型构造相对简单,便于数字化实现。

  如图2所示是一种典型的三相电压源逆变器的结构,逆变桥电路的电压输出分别由6个开关信号所控制。当逆变桥上半部分的一个功率晶体管开通时,其下半部分对应的功率晶体管关断。T1、T3、T5三个功率晶体管的开关状态决定了逆变器输出的相应电压的大小。

  图2中,霍尔传感器在电动机转子转动一周的过程中输出6种状态。具体如表1所示。

  每个状态持续π/3电角度,这样就在空间上分成6个区间,与之相对应转子在相应的区间转动,每个周期里,每个功率管导通π/3电角度。定子绕组每周期正、反导通各:π/3电角度,正、反电流间隔:π/3电角度。任一时刻定子有两相绕组通电并产生定子磁动势,随着转子位置信号的变化,定子合成磁动势以π/3为步长,步进式地旋转,转子磁场在定子磁动势的作用下与之同步旋转。

  软件设计直接影响系统的整体性能。根据DSP控制系统的开发流程,采用自顶而下的没计方法依次主要包括以下几个模块:

  (2)主程序是个循环等待中断的过程,一旦有中断发生,则转去执行相应的中断服务程序。

  (3)电机调速模块:根据用户设置及脚踏板的控制信号,结合改进的积分分离PI算法调节电机转速。

  (4)故障处理程序:故障监视程序是保护系统安全工作比较重要的一环,一旦故障发生,立刻封锁PWM的输出,启动智能功率模块的保护。

  以上述的系统设计和控制策略,我们对电路板进行实测,测试条件是直流母线μs,互补工作模式,由于PWM为中心对齐模式,所以死区时间会插在有效占空比的两端。图3为PWM波形。硬件的测试平台详图略。由此我们可以看出整套系统的可行性和稳定性。图4为电机的反电动势的波形。

  本文对工业缝纫机控制系统进行了设计和分析,表明系统具有较好的控制效果,各项性能指标都满足设计要求。由于不再使用光电编码器或霍尔传感器作为反馈元件,降低了整个系统的成本,同时提高了可靠性,具有较高性价比。该设计不但适用于工业缝纫机,也适用于其他的伺服控制系统中。

  基于PC的控制系统的确给机械设备和机器人的自动控制带来了巨大的改变,但是在实际应用中却有些不现实。

  大多节能灯和LED光源常配有紧凑型的、相对低廉的驱动电源,可显著提高系统的光效(lm/W),提高系统....

  同样是这个电路,我们用PLC来实现,梯形图如图2所示。 PLC是以“串行”方式工作的,也就是以扫描的....

  模拟调试是指根据开关量I/O单元上各位对应的发光二极管的显示状态而不带输出设备进行的调试。

  DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称,中文习惯称为集散....

  DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此,DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制,比如我们使用的YO....

  最简单的DCS系统至少在垂直方向分两级,即:操作管理级和过程控制级。在水平方向上各个过程控制级之间是....

  是操作人员与集散控制系统间的界面,操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况,并通过它发出操作指....

  DCS为“分布式控制系统”。由于产品生产厂家众多,系统设计不尽相同,功能和特点各具千秋,所以,对产品....

  PLC对模拟量数据的采集, 基本上都采用专用的A /D模块和专用的功能指令相配合, 可以让设计者很方....

  从工业自动化仪表的发展趋势看,智能化是其核心部分,所谓智能化表现在其具有多种新功能。

  适时放弃,包米勒电机当你开始怀疑一个解决方案的时候,你就应该考虑抛弃它,并且重新思考这个问题。不管你已经在这个....

  工业机器人广泛使用在产业制造上,汽车制造、电器、食品等,能替代反复机器式操纵工作,是靠本身动力和控制....

  咱们买东西的时候一般会考虑三个因素,好用、便宜、耐用。对于控制系统来说,很多人在项目设计阶段更多的考....

  随着一系列国家重点工程项目的实施,工业自动控制系统装置制造行业日益得到政府的重视和扶持。业内人士认为....

  由于PLC和CNC同时控制工厂内的大量节点或功能,所以它们运营的实时性至关重要。对于一个解决方案而言....

  一台正作用执行机构只要装上反作用定位器,就能实现反作用执行机构的动作;相反,一台反作用执行机构只要装....

  将制造车间的数控设备与计算机联网构成DNC(DistributedNumericalContro1)....

  据外媒报道称,今年早些时候收购了NEEO的Control4公司已经完成了全新的NEEO Remote....

  在不同的工业控制系统中,工控软件虽然完成的功能不同,但就其结构来说,一般具有如下特点:实时性:工业控....

  接触器是控制系统中常见的电气元件,常用于电机的控制,那么如何在接触器上获取运行信号呢?

  在SMT锡膏印刷PCB板时,其中一道工艺是要用到刮刀对锡膏挤压锡膏,从而把锡膏从钢网转印到PCB板上....

  我想测量有功功率。我发现MCP3909板有支持,因为它用dsPIC33f计算有功功率。它是基于代码计算的,而且每个dspic...

  您好,我用XC16编译器使用一个DSIC33 EP128GP502,它必须接收一个模拟噪声信号。这个信号有一个1kHz的正弦...

  机器人的控制系统,就相当于人体的大脑,是机器人的核心组成部分。关于机器人的控制系统有哪些分类呢?机器....

  单元现场控制单元一般远离控制中心,安装在靠近现场的地方,其高度模块化结构可以根据过程监测和控制的需要....

  它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想,采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中....

  动态过程又称过渡过程或瞬态过程,指系统在典型输入信号作用下,系统输出量从初始状态到最终状态的响应过程....

  门和人类文明是孪生的,它伴随着人类文明的发展而跃动。21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:有效地防...

  压力传感器本身无法促进睡眠,我们只是将压力传感器放在床垫地下,由于压力传感器具有高灵敏度,当人发生翻....

  伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。....

  嵌入式控制系统是为了实现某型军用船艇模拟训练系统的操纵控制功能而开发的。该系统基于军民两用的自动技术,采用模块...

  大家好!我正在尝试用dsPIC33FJ32MC204制作异步电动机变频器,修改版0x3006,CPU时钟为40MIPS,P1TP...

  随着国家大力推进智能电网建设,电力部门对变电站辅助系统的建设也趋于智能化。变电站是电网的核心环节,担....

  目前,中国已经进入了老龄化社会,预计从2020年开始,中国将步入老龄化严重阶段;2050年中国将步入超高老龄化国家行列...

  几年前,鹰CAD将它们的二进制BLB图式文件转换为XML格式。这使得他们对Git等修订控制系统更加友好。你能为C...

  硬件电路设计上采用DSP 芯片和外围电路构成速度捕获电路,电机驱动控制器采用微控制芯片和外围电路构成了电流采...

  随着现代电子信息技术的发展,人机交互、图形图像数据的输出显示在系统设计中越来越重要,...

  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电机,输入脉冲总数控制步进电机的总旋转角度,电机的速度由每...

本文由巢湖市微型汽油发电机有限公司发布于市场观察,转载请注明出处:基于DSPIC的工业缝纫机控制系统设计与分析

关键词: 包米勒电机

水泵和电机轴承的磨损有哪些原因喃?

是水泵电机运转过热或风叶损坏过热,造成轴承过热润滑油干了,导制轴承磨损过度而损坏. 六、对滚动轴承来说,...

详细>>

4、三相异步电动机的铭牌包括哪些内容?

可选中1个或多个下面的关键词,搜索相关资料。也可直接点搜索资料搜索整个问题。 展开全部三相异步电动机的铭牌...

详细>>