CN104158450A - 一种针织横机机头上进行度目控制的控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对针织横机机头上的度目电机进行控制的控制***。该控制***包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机和度目三角,度目电机是步进电机,其输出端通过传动机构连接度目三角;还包括度目电机控制器和零位传感器;所述度目电机控制器安装在度目电机后端;所述度目电机控制器包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、感应编码器和度目电机驱动电路。该控制***不仅结构新颖,而且能够闭环反馈,实时快速地控制度目三角的压针位置,从而使针织横机能够根据需要实时变化编织密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种针织横机机头上的控制***,特别是涉及一种针对针织横机机头上的度目电机进行控制的控制***。
背景技术
横机即针织机,目前横机进行针织控制是靠机头在针床上来回活动,并依靠机头上的三角结构进行推针完成针织操作。而在三角结构,就有负责编织成圈密度的度目三角,该度目三角都是依靠度目电机通过一传动机构进行控制的。目前横机度目电机控制是由机头箱内的小主板来负责,该小主板名为横机机头控制板,为了提高其通信速度,有一部分横机机头开始采用CAN总线通信。目前,即使采用CAN总线通信,若一台横机上所有的控制都采用横机机头控制板控制,并且缺乏专门对度目电机进行度目可变控制的***,同样也会造成了度目电机的响应慢,不能实时变化等问题。除此之外,目前横机度目电机的变化都是在机头超出编织区域外才动作,以满足下一个成圈要求,不能够在编织区域内变化。可见,现行的***控制还无法实现可变度目的要求,其编织成圈密度值单一。
发明内容
本发明的发明目在于提供一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,该控制***不仅结构新颖,而且能够闭环反馈,实时快速地控制度目三角的压针位置,从而使针织横机能够根据需要实时变化编织密度。
为了实现上述发明目的,本发明采用了以下技术方案:
一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机和度目三角,度目电机是步进电机,其输出端通过传动机构连接度目三角;还包括度目电机控制器和零位传感器;所述度目电机控制器安装在度目电机后端;所述度目电机控制器包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、感应编码器和度目电机驱动电路;所述DC-DC变换电路分别连接所述CAN总线收发器、DSP控制器、感应编码器和度目电机驱动电路,其用于给***中各个控制部分提供低压直流电源;所述CAN总线收发器,输入端连接横机主控板,CAN总线收发器输出端连接DSP控制器;所述感应编码器连接度目电机,用于检测度目电机每次的转位行程,将其转换成数字信号,并将数字信号输入DSP控制器;所述零位传感器检测所述度目三角的零位,并将所述零位信号转换成数字信号输入所述DSP控制器;所述DSP控制器,将输入的数字信号进行运算处理,输出PWM信号;所述DSP控制器输出端连接所述度目电机驱动电路,所述度目电机驱动电路将所述PWM信号转换并输入至度目电机,以驱动度目电机实时动作。
作为优选,所述感应编码器是磁感应编码器或光感应编码器。
作为优选,所述DC-DC变换电路上设有负载短路保护电路,以防止负载短路造成度目电机控制器中的器件损坏。
作为优选,所述度目电机驱动电路包括电容模块、用于连接DSP控制器输出端的通信接口模块、驱动芯片、第一H桥电路和第二H桥电路;多个所述电容模块分别连接在驱动芯片一侧,通信接口模块连接在所述驱动芯片输入端,第一H桥电路和第二H桥电路均连接在所述驱动芯片输出端;所述驱动芯片用于将PWM信号转化成度目电机匹配的脉冲信号,以驱动度目电机。
进一步的,所述电容模块包括电容C1、电容C2、电容C3和电容C4;所述驱动芯片为DRV8711型步进前置驱动芯片;所述电容C1两级均连接在驱动芯片两个针脚上,为电荷泵电路泵送电容;所述电容C2一端连接24V高电平,用于高边门极驱动电压的滤波;所述电容C3和电容C4的一端均接地,所述电容C3用于5V输出电压滤波,所述电容C4用于内部逻辑供电电压滤波。
采用了上述技术方案的控制***,对度目进行控制,不仅能够实现实时可变的度目控制,而且可以在编织区域内实时动作,形成不同的密度值,提高织物的平滑度,增加织物种类,还可防止卷边。同时,还具有如下有益效果:
一、该***利用CAN总线通信,由横机主控直接对度目电机进行通信控制,大大提高了控制的实时性。
二、由于此控制***中的零位传感器对度目三角进行零位检测,并将信号送回至DSP控制器,形成第一闭环;感应编码器连接度目电机,对度目电机进行转位行程的检测,并将信号送回至DSP控制器,形成第二闭环,第一、第二闭环共同构成了度目三角的实时位置和动作的闭环,所以横机主控板可以得知其所有度目当前位置所在,大大提高精确性和稳定性。
三、DSP控制器本身算法快速,其正交编码的硬件接口还可以快速准确的反馈出步进电机实时位置,响应速度快,其和感应编码器、度目电机驱动电路配合效果好,利于对度目进行实时可变及控制。
附图说明
图1:本发明实施例中的结构框架图。
图2:本发明实施例中度目电机控制器、度目电机以及度目三角的连接结构示意图。
图3:本发明实施例中度目电机控制器的结构框图。
图4:本发明实施例中度目电机驱动电路的电路结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例:如图1、图2和图3所示一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,该控制***包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机1、度目电机控制器2、度目三角3和零位传感器,度目电机1是步进电机,其输出端通过传动机构连接度目三角3,这里的传动机构是现有技术,通常通过一端面设渐开线槽的凸轮实现传动连接。
横机可变度目即是多段的度目成圈控制,在编织区域内,其可实时动作,形成不同的密度值,提高织物的平滑度,增加织物种类,还可防止卷边。为了实现这一功能,必须要求可变度目电机的控制***的快速响应,实时变化。本发明针对当前横机无法实现可变度目功能的情况,不仅如图1改善了***架构,而且从结构和***控制两方面来满足可变度目的功能需求。这对步进电机的控制***提出了更高的要求,为满足此要求,具体还设计了度目电机快速响应的位置闭环***,具体结构如下:
如图2所示,首先,在结构上,上述度目电机控制器2安装在度目电机1后端,此度目电机控制器2包括磁编位置检测,这样一来,此结构即满足了磁编对位置的要求,又满足了度目电机控制器2单独控制度目电机1的要求。
其次,如图3所示,上述度目电机控制器2包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、磁感应编码器和度目电机驱动电路。而上述度目电机1一般为直流24V,所以供电采用24V,经过DC-DC变换电路,DC-DC变换电路将外部电源变换成所需直流电,给***中各个控制部分提供低压电源。另外此DC-DC电路设有负载短路保护电路,防止负载短路造成各个控制部件的电路的损坏。结构上,表现在DC-DC变换电路分别连接所述CAN总线收发器、DSP控制器、磁感应编码器和度目电机驱动电路。上述CAN总线收发器与其他模块组成CAN总线,构成与横机主控板相通信的桥梁,此总线是双全工,速度可达1Mbps,实时性高,多节点可同时发起通信,有优先级控制,不会发生堵塞。结构和连接关系上,CAN总线收发器的输入端连接横机主控板,其输出端连接DSP控制器,DSP控制器输出端连接度目电机驱动电路,度目电机驱动电路输出端连接度目电机1,以驱动度目电机1实时活动。
上述磁感应编码器连接度目电机1,磁感应编码器用于检测度目电机1每次的转位行程,将其转换成数字信号,并将数字信号输入DSP控制器,形成第一个闭环回路。上述零位传感器在度目三角3上设有监测点,其检测度目三角3的零位,并将零位信号转换成数字信号输入DSP控制器,形成第二个闭环回路。确定度目三角3的零位,再通过度目电机1的转位行程确定度目三角3的实时移位,即可完全确定度目三角3的位置和动作方式,在横机运动的任何时候都能实时控制度目三角的压针位置,由于此控制器增加了位置闭环,所以横机主控板可以得知其所有度目当前位置所在,大大提高了横机机头控制的精确性和稳定性,从而为驱动度目电机1实现可变度目奠定了控制基础。上述DSP控制器将CAN总线收发器、磁感应编码器和零位传感器输入的数字型号运算处理,输出PWM信号,由于DSP控制器输出端连接度目电机驱动电路,而度目电机驱动电路的功能就是将PWM信号转换成度目电机所能接收的信号,并连接度目电机,以驱动度目电机1实时动作,度目三角的移动跟随度目电机1,实现针织过程度目可变。此度目电机控制器2的核心控制采用了TI的DSP控制器,由于该DSP控制器具有的哈弗结构和乘法器,另外加上高级定时器的PWM输出控制和正交编码接口,使其特别适合于电机控制领域,采用此系列的控制核心,可以完全满足可变度目控制***的需求。在本发明中,通过DSP的核心控制包括以下有益效果:1、产生PWM输出来控制步进电机驱动电路;2、驱动电路的报警故障反馈也通过DSP的中断快速反应,达到保护,报警等效果;3、各种通信机制的协议处理和控制指令的下发,也通过DSP控制器处理;4、上述的零位传感器也由DSP检测;5、磁编对电机位置的实时检测处理也有DSP完成;6、电机控制的快速响应的PID算法由DSP实时处理。图4中所示,度目电机驱动电路由电容模块、用于连接DSP控制器输出端的通信接口模块、驱动芯片、第一H桥电路和第二H桥电路组成。电容模块连接在驱动芯片一侧,通信接口模块连接在驱动芯片输入端,第一H桥电路和第二H桥电路均连接在驱动芯片输出端。
由于度目电机一般为2相4线制步进电机,所以驱动芯片不仅将PWM信号转化成度目电机1匹配的脉冲信号,还需要双H桥电路,通过第一H桥电路和第二H桥电路以驱动度目电机1的AB相。上述驱动芯片采用TI公司,型号为DRV8711型的步进前置驱动芯片,最高细分可以做到256细分,过温、过流、短路等各种保护机制完善,通过spi通信可配置具体工作方式,驱动接口有方向和脉冲信号给定,方便实时。
为了更加具体地例举本发明的度目电机驱动电路,上述电容模块具体包括如图4所示的电容C1、电容C2、电容C3和电容C4四个电容;而四个电容都连接在DRV8711型步进前置驱动芯片一端。具体地,上述电容C1两级均连接在驱动芯片两个针脚上,为电荷泵电路泵送电容,上述电容C2、电容C3和电容C4依次也是连接在该驱动芯片上,但电容C2一端还连接24V高电平,其用于高边门极驱动电压的滤波,电容C3和电容C4的一端都接地,上述电容C3用于5V输出电压滤波,电容C4用于内部逻辑供电电压滤波。
最后,为了更精确定位和构成闭环***,本实施例优选采用磁感应编码器进行磁编位置检测,由高速响应的磁感应集成芯片来完成。磁感应编码器的优势在有其不受粉尘等耐环境性能好,结构简单,温度范围宽,特别适合于横机的工作环境。对于响应速度和分辨率,由于横机最高速度为1.2m/s,度目最大行程在1圈左右,所以我们选择的响应速度2us和分辨率500线的磁编码器足以满足要求。加上DSP控制器的正交编码的硬件接口,可以快速准确的反馈出步进电机实时位置,满足可变度目功能要求。
由于***为CAN总线通信,此度目电机控制器可以有多个,并且多个同时工作。如图1所示,所以横机上每个度目电机,如度目电机一、二、三等,即包括前床,后床,左右***的度目电机,都可安装本发明的控制***,即可真正实现横机的可变度目功能。
除本实施例以外,本发明的磁感应编码器还可以替换成其它感应编码器,如光感应编码器以及本领域技术人员知道其他的感应编码器。值得注意的是,本发明所要保护的并不限于上述实施例,通过相似精神原理的修饰、变换和等同替换,均应当属于本发明的保护之列。
Claims (5)
1.一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,包括由CAN总线通信的横机主控板、度目电机(1)和度目三角(3),度目电机(1)是步进电机,其输出端通过传动机构连接度目三角(3);其特征在于:还包括度目电机控制器(2)和零位传感器;
所述度目电机控制器(2)安装在度目电机(2)后端;
所述度目电机控制器(2)包括DC-DC变换电路、CAN总线收发器、感应编码器和度目电机驱动电路;
所述DC-DC变换电路分别连接所述CAN总线收发器、DSP控制器、感应编码器和度目电机驱动电路,其用于给***中各个控制部分提供低压直流电源;
所述CAN总线收发器,输入端连接横机主控板,CAN总线收发器输出端连接DSP控制器;
所述感应编码器连接度目电机,用于检测度目电机(1)每次的转位行程,将其转换成数字信号,并将数字信号输入DSP控制器;
所述零位传感器检测所述度目三角(3)的零位,并将所述零位信号转换成数字信号输入所述DSP控制器;
所述DSP控制器,将输入的数字信号进行运算处理,输出PWM信号;所述DSP控制器输出端连接所述度目电机驱动电路,所述度目电机驱动电路将所述PWM信号转换并输入至度目电机(1),以驱动度目电机(1)实时动作。
2.根据权利要求1所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,其特征在于:所述感应编码器是磁感应编码器或光感应编码器。
3.根据权利要求1或2所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,其特征在于:所述DC-DC变换电路上设有负载短路保护电路,以防止负载短路造成度目电机控制器(2)中的器件损坏。
4.根据权利要求1或2所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,其特征在于:所述度目电机驱动电路包括电容模块、用于连接DSP控制器输出端的通信接口模块、驱动芯片、第一H桥电路和第二H桥电路;所述电容模块连接在驱动芯片一侧,通信接口模块连接在所述驱动芯片输入端,第一H桥电路和第二H桥电路均连接在所述驱动芯片输出端;所述驱动芯片用于将PWM信号转化成度目电机(1)匹配的脉冲信号,再通过第一H桥电路和第二H桥电路驱动度目电机(1)的AB相。
5.根据权利要求4所述的一种针织横机机头上进行度目控制的控制***,其特征在于:所述电容模块包括电容C1、电容C2、电容C3和电容C4;所述驱动芯片为DRV8711型步进前置驱动芯片;所述电容C1两级均连接在驱动芯片两个针脚上,电容C1为电荷泵电路泵送电容;所述电容C2一端连接24V高电平,用于高边门极驱动电压的滤波;所述电容C3和电容C4的一端均接地,所述电容C3用于5V输出电压滤波,所述电容C4用于内部逻辑供电电压滤波。
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