CN101834556A

CN101834556A - 工业缝纫机快速停车***及其方法

Info

Publication number: CN101834556A
Application number: CN 201010127217
Authority: CN
Inventors: 李晓军; 张仲超; 王正仕; 黄晓刚; 王俊江
Original assignee: Yiwu Huachen Mechanical & Electrical Co Ltd
Current assignee: Yiwu Huachen Mechanical & Electrical Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明涉及一种工业缝纫机快速停车***及其方法，包括中央处理单元、六个开关管构成的桥堆电路及控制工业缝纫机运转的直流无刷电机。桥堆电路的输入端与***电源相连，桥堆电路的三路输出分别与直流无刷电机的三相绕组相连，六个开关管的控制端分别与中央处理单元的六路PWM控制信号相连，设于直流无刷电机上的光电编码器和位置传感器以及工业缝纫机的针位信号、脚踏板信号分别与中央处理单元相连。中央处理单元不断采集电机转速并计算出6路驱动波形的PWM占空比值，控制桥堆电路中下桥臂的三个开关管的开通状态，实现快速停车。本发明大大缩短工业缝纫机停机时间，提高生产效率，停车过程平稳，不会产生电机抖动现象，可靠性好。

Description

工业缝纫机快速停车***及其方法

技术领域

本发明涉及一种工业缝纫机，尤其涉及一种提高停车平稳性、缩短停车时间的工业缝纫机快速停车***及其方法。

背景技术

目前，工业缝纫机电脑平车大多采用直流无刷电机，直流无刷电机的驱动部分主电路一般采用如图1所示的电路，图1中，T1～T6为开关管，D1～D6为快恢复二极管，RA、RB、RC为电机每相内阻，LA、LB、LC为电机每相电感，Ud为电源供给的直流母线电压，EA、EB、EC为电机绕组反电势。由于直流无刷电机调速性能好，无须维护，因此被广泛应用。目前，国内大部分平缝机停车采用的是先把速度降到希望的一个较低转速，降速过程采用自由停车或减小相绕组电压方法，然后采用下桥臂3只开关管T4、T6、T2同时开通进行能耗制动停机，这种方法虽然可以基本满足缝纫机停车要求，但是停车时间较长，影响生产效率，而且停车时电机会抖动，停车过程不够平稳，可靠性和安全性不够理想。

发明内容

本发明主要解决原有工业缝纫机停车时间较长，影响生产效率，而且停车时电机会抖动，停车过程不够平稳，可靠性和安全性不够理想的技术问题；提供一种能使工业缝纫机快速停车，大大缩短停机时间，提高生产效率，而且停车过程比较平稳，不会产生电机抖动现象，提高可靠性和安全性的工业缝纫机快速停车***及其方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的工业缝纫机快速停车***，包括中央处理单元、电机主驱动电路及控制工业缝纫机运转的直流无刷电机，所述的电机主驱动电路包括六个开关管T1～T6构成的桥堆电路，三个开关管T1、T3和T5构成上桥臂，三个开关管T4、T6和T2构成下桥臂，所述的桥堆电路的输入端与***电源相连，桥堆电路的三路输出分别与所述的直流无刷电机的A相绕组、B相绕组、C相绕组相连，所述的六个开关管T1～T6的控制端分别与所述的中央处理单元的六路PWM控制信号相连，所述的直流无刷电机上设有光电编码器和位置传感器，所述的光电编码器、位置传感器以及工业缝纫机的针位信号、工业缝纫机的脚踏板信号分别与所述的中央处理单元相连。中央处理单元发出六路PWM控制信号，送给电机主驱动电路，然后直流无刷电机运转，带动缝纫机主轴进行缝纫。直流无刷电机轴上安装光电编码器，一方面送出电机速度信号，一方面通过位置传感器送出电机转子位置信号，给中央处理单元进行检测和控制。工业缝纫机的启动以及停机信号是由安装在缝纫机上的脚踏板提供的。六个开关管T1～T6是由中央处理单元发出的六路PWM控制信号控制的。工业缝纫机高速运转过程中，当停机信号有效时，中央处理单元根据测得的转速调整驱动波形的PWM占空比值，即调整六路PWM控制信号的输出。工业缝纫机不同运转方式下，中央处理单元发出不同占空比的六路PWM控制信号进行控制，以达到快速、平稳地停车。与工业缝纫机相连的还有针位信号以及缝纫机切线、扫线电磁铁。针位信号给中央处理单元提供准确的缝纫机针杆位置，中央处理单元通过控制电机的运转，可以保证缝纫机针杆按照要求准确定位，以满足用户需要。缝纫机切线、扫线电磁铁则在缝纫过程中完成线的自动剪断以及自动拨到适当位置的操作。

本发明的工业缝纫机快速停车方法，包括以下步骤：

a.在所述的工业缝纫机高速运转过程中，当所述的工业缝纫机的脚踏板信号提供的缝纫机的停机信号有效时，所述的中央处理单元经过内部程序的分析和处理，输出六路PWM控制信号分别给所述的电机主驱动电路的六个开关管T1～T6，立刻关断六个开关管T1～T6，随后中央处理单元通过所述的光电编码器及位置传感器采集所述的直流无刷电机的转速，根据测得的转速值，估算出驱动波形的PWM占空比值，再以这个占空比值开通下桥臂的三个开关管T4、T6和T2，给所述的直流无刷电机一个附加反力矩；

b.所述的中央处理单元不断测量直流无刷电机的转速，根据转速调整驱动波形的PWM占空比值，不断加大直流无刷电机的附加反力矩；

c.当直流无刷电机的转速降到一个较低转速后，中央处理单元输出的PWM控制信号使得所述的下桥臂的三只开关管T4、T6和T2全部开通，此时驱动波形的PWM占空比值达到最大值，采用能耗制动，在最短时间内使所述的直流无刷电机停止运转，使工业缝纫机快速停车。

采用上述方法，大大缩短了工业缝纫机的停机时间，提高生产效率，同时也保障了此时直流无刷电机的电流在合理的范围，避免了高速直接停机产生过电流，提高可靠性和安全性。

作为优选，所述的中央处理单元采用数字PI调节算法，算出驱动波形的PWM占空比值，控制所述的下桥臂的三个开关管T4、T6和T2的开通，使工业缝纫机平稳停车；所述的数字PI调节算法为：

Figure 2010101272170100002DEST_PATH_IMAGE002

其中，K为采样序号，T为采样频率，e(k)为第k次采样时偏差，Ki为积分常数，Kp为比例常数，u(k)为第K次采样时刻中央处理单元输出的6路驱动波形的PWM占空比值。数字PI调节算法，通过计算当前直流无刷电机转速，然后换算成驱动波形的PWM占空比值，来控制下桥臂开关管T4、T6、T2的导通时间，即调节直流无刷电机制动力矩大小，达到快速平稳停车的目的。使用算法调节停车反力矩大小，停车过程就比较平稳，不会使直流无刷电机产生抖动现象，提高了***的可靠性和安全性。

本发明的有益效果是：中央处理单元根据工业缝纫机直流无刷电机的转速调整6路驱动波形的PWM占空比值，从而控制电机主驱动电路中下桥臂的三个开关管的开通状态，即调节直流无刷电机制动力矩大小，达到快速平稳停车的目的。本发明大大缩短工业缝纫机停机时间，提高生产效率，而且停车过程比较平稳，不会产生电机抖动现象，提高***可靠性和安全性。

附图说明

图1是工业缝纫机直流无刷电机的主驱动电路的一种电路原理图。

图2是本发明工业缝纫机快速停车***的一种电路原理框图。

图3是本发明工业缝纫机快速停车方法的一种流程图。

图中1.中央处理单元，2.电机主驱动电路，3.工业缝纫机，4.直流无刷电机，5.***电源，6.光电编码器，7.位置传感器，8.针位信号，9.脚踏板信号，10.缝纫机切线、扫线电磁铁，11.电磁铁驱动电路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的工业缝纫机快速停车***，如图2所示，包括中央处理单元1、电机主驱动电路2及控制工业缝纫机3运转的直流无刷电机4。电机主驱动2电路包括六个开关管T1～T6构成的桥堆电路，如图1所示，三个开关管T1、T3和T5构成上桥臂，三个开关管T4、T6和T2构成下桥臂，本实施例中六个开关管T1～T6选用的是场效应管，场效应管T1、T3和T5的漏极并接，场效应管T4、T6和T2的源极并接，上桥臂的漏极和下桥臂的源极构成桥堆电路的输入端，桥堆电路的输入端与***电源5相连，桥堆电路的三路输出分别与直流无刷电机4的A相绕组、B相绕组、C相绕组相连，具体为：场效应管T1的源极和T4的漏极相连并与直流无刷电机的A相绕组相连，场效应管T3的源极和T6的漏极相连并与直流无刷电机的B相绕组相连，场效应管T5的源极和T2的漏极相连并与直流无刷电机的C相绕组相连。图1中，RA、RB和RC为直流无刷电机每相内阻，LA、LB和LC为直流无刷电机每相电感，Ud为***电源供给的直流母线电压，EA、EB和EC为直流无刷电机绕组反电势。每个场效应管的源极和漏极间均并联有快恢复二极管，六个快恢复二极管为D1～D6，六个场效应管T1～T6的栅极分别与中央处理单元1的六路PWM控制信号相连。直流无刷电机4上安装有光电编码器6和位置传感器7，光电编码器6、位置传感器7以及工业缝纫机的针位信号8、工业缝纫机的脚踏板信号9分别与中央处理单元1相连。中央处理单元1还与电磁铁驱动电路11相连，电磁铁驱动电路11再与缝纫机切线、扫线电磁铁相连。***电源5同时供给中央处理单元1工作电压。

中央处理单元通过光电编码器和位置传感器获是直流无刷电机的转速信号，脚踏板信号提供给中央处理单元停机信号。六个开关管T1～T6是由中央处理单元发出的六路PWM控制信号控制的。工业缝纫机高速运转过程中，当停机信号有效时，中央处理单元根据测得的转速调整驱动波形的PWM占空比值，即调整六路PWM控制信号的输出。工业缝纫机不同运转方式下，中央处理单元发出不同占空比的六路PWM控制信号进行控制，以达到快速、平稳地停车。与工业缝纫机相连的还有针位信号以及缝纫机切线、扫线电磁铁。针位信号给中央处理单元提供准确的缝纫机针杆位置，中央处理单元通过控制电机的运转，可以保证缝纫机针杆按照要求准确定位，以满足用户需要。缝纫机切线、扫线电磁铁则在缝纫过程中完成线的自动剪断以及自动拨到适当位置的操作。

上述工业缝纫机快速停车***的快速停车方法，如图3所示，包括以下步骤：

a.在工业缝纫机3高速运转过程中，当工业缝纫机3的脚踏板信号9提供的缝纫机的停机信号有效时，中央处理单元1经过内部程序的分析和处理，输出六路PWM控制信号分别给电机主驱动电路2的六个开关管T1～T6，立刻关断六个开关管T1～T6，随后中央处理单元1通过光电编码器6及位置传感器7采集直流无刷电机4的转速，根据测得的转速值，采用数字PI调节算法，数字PI调节算法为：

其中，K为采样序号，T为采样频率，e(k)为第k次采样时偏差，Ki为积分常数，Kp为比例常数，u(k)为第K次采样时刻中央处理单元1输出的6路驱动波形的PWM占空比值，再以这个占空比值开通下桥臂的三个开关管T4、T6和T2，给直流无刷电机4一个附加反力矩；

b.中央处理单元1不断测量直流无刷电机4的转速，根据转速调整驱动波形的PWM占空比值，不断加大直流无刷电机4的附加反力矩；

c.当直流无刷电机4的转速降到一个较低转速后，中央处理单元1输出的PWM控制信号使得下桥臂的三只开关管T4、T6和T2全部开通，此时驱动波形的PWM占空比值达到最大值，采用能耗制动，在最短时间内使直流无刷电机4停止运转，使工业缝纫机3快速停车。

本发明大大缩短工业缝纫机停机时间，提高生产效率，而且停车过程比较平稳，不会产生电机抖动现象，提高***可靠性和安全性。

Claims

1.一种工业缝纫机快速停车***，包括中央处理单元（1）、电机主驱动电路（2）及控制工业缝纫机（3）运转的直流无刷电机（4），所述的电机主驱动电路（2）包括六个开关管T1～T6构成的桥堆电路，三个开关管T1、T3和T5构成上桥臂，三个开关管T4、T6和T2构成下桥臂，所述的桥堆电路的输入端与***电源（5）相连，桥堆电路的三路输出分别与所述的直流无刷电机（4）的A相绕组、B相绕组、C相绕组相连，其特征在于所述的六个开关管T1～T6的控制端分别与所述的中央处理单元（1）的六路PWM控制信号相连，所述的直流无刷电机（4）上设有光电编码器（6）和位置传感器（7），所述的光电编码器（6）、位置传感器（7）以及工业缝纫机的针位信号（8）、工业缝纫机的脚踏板信号（9）分别与所述的中央处理单元（1）相连。

2.一种使用如权利要求1所述的工业缝纫机快速停车***的工业缝纫机快速停车方法，其特征在于包括以下步骤：

a.在所述的工业缝纫机（3）高速运转过程中，当所述的工业缝纫机（3）的脚踏板信号（9）提供的缝纫机的停机信号有效时，所述的中央处理单元（1）经过内部程序的分析和处理，输出六路PWM控制信号分别给所述的电机主驱动电路（2）的六个开关管T1～T6，立刻关断六个开关管T1～T6，随后中央处理单元（1）通过所述的光电编码器（6）及位置传感器（7）采集所述的直流无刷电机（4）的转速，根据测得的转速值，估算出驱动波形的PWM占空比值，再以这个占空比值开通下桥臂的三个开关管T4、T6和T2，给所述的直流无刷电机（4）一个附加反力矩；

b.所述的中央处理单元（1）不断测量直流无刷电机（4）的转速，根据转速调整驱动波形的PWM占空比值，不断加大直流无刷电机（4）的附加反力矩；

c.当直流无刷电机（4）的转速降到一个较低转速后，中央处理单元（1）输出的PWM控制信号使得所述的下桥臂的三只开关管T4、T6和T2全部开通，此时驱动波形的PWM占空比值达到最大值，采用能耗制动，在最短时间内使所述的直流无刷电机（4）停止运转，使工业缝纫机（3）快速停车。

3.根据权利要求2所述的工业缝纫机快速停车方法，其特征在于所述的中央处理单元（1）采用数字PI调节算法，算出驱动波形的PWM占空比值，控制所述的下桥臂的三个开关管T4、T6和T2的开通，使工业缝纫机（3）平稳停车；所述的数字PI调节算法为：

Figure 2010101272170100001DEST_PATH_IMAGE002

其中，K为采样序号，T为采样频率，e(k)为第k次采样时偏差，Ki为积分常数，Kp为比例常数，u(k)为第K次采样时刻中央处理单元（1）输出的6路驱动波形的PWM占空比值。