CN203255805U - 络筒机用直流无刷电机恒张力控制器 - Google Patents

Abstract

络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，涉及纺织行业络筒机张力控制装置。本实用新型解决了纺织行业中络筒机送线时张力波动、不稳定的问题。本实用新型包括张力信号采集单元、张力设定单元、张力信号调理单元、霍尔位置传感器、速度位置信号调理单元、霍尔电流传感器、电流信号调理单元、数字信号处理器、逆变器驱动单元、功率主电路单元、张力显示单元、保护单元和张力传感器，张力传感器将感应到的张力值传输给张力信号采集单元，数字信号处理器对张力、速度和电流三闭环控制使得卷绕电动机在启动、运行和制动过程中恒张力喂送纱线装置均能保证纱线均匀、张力恒定，同时具有完备的保护功能。本实用新型适用于纺织行业中控制纱线的张力。

Description

络筒机用直流无刷电机恒张力控制器

技术领域

本实用新型涉及纺织行业络筒机张力控制装置，具体涉及一种络筒机用直流无刷电机恒张力控制器。

背景技术

目前，国内的络筒机上张力装置的类型主要有圆盘式、弹子式等，络筒机在将细纱机纺出来的管纱卷装成筒子纱时需考虑纱线张力的大小，从而决定筒子纱卷绕的密度，但是现有的这些机械式的张力调节装置，不能够随着退绕张力的变化而自动调整附加张力的大小，因而这些张力装置保证不了纱线张力的恒定。而国外的张力控制技术虽已解决了络纱张力控制的问题，但是产品技术严格保密，并且产品附加值高，价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决纺织行业中络筒机送线时张力波动、不稳定的问题，提出了络筒机用直流无刷电机恒张力控制器。

络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，它包括张力信号采集单元、张力设定单元、张力信号调理单元、霍尔位置传感器、速度位置信号调理单元、霍尔电流传感器、电流信号调理单元、数字信号处理器、逆变器驱动单元、功率主电路单元、张力显示单元、保护单元和张力传感器，

张力传感器的感应信号输出端与张力信号采集单元的信号输入端相连，张力信号采集单元的信号输出端与张力信号调理单元的张力信号输入端相连，张力设定单元的信号输出端与张力信号调理单元的给定信号输入端相连，张力信号调理单元的给定信号输出端与数字信号处理器的调理信号输入端相连，霍尔位置传感器的位置信号输出端与速度位置信号调理的位置信号输入端相连，速度位置信号调理单元的速度信号输出端与数字信号处理器的速度信号输入端相连，霍尔电流传感器的电流信号输出端与电流信号调理单元的电流信号输入端相连，电流信号调理单元的电流信号输出端与数字信号处理器的电流信号输入端相连，

张力显示单元的显示信号输入端与数字信号处理器的显示信号输出端相连，保护单元的过流保护输出端与数字信号处理器的过流保护输入端相连，数字信号处理器的控制信号输出端与逆变器驱动单元的控制信号输入端相连，逆变器驱动单元的驱动信号输出端与功率主电路单元的驱动信号输入端相连，功率主电路单元的控制信号输出端与电机的控制信号输入端相连。

本实用新型的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，实现数字式张力，速度，电流三闭环控制的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器。

传统的张力控制***都是事先设定一个不变的张力控制值，它不因纱线张力的变化而改变，因此，因卷绕张力的变化会造成卷绕密度不匀，本实用新型由触摸屏设定张力给定值，通过实时采集管纱卷装成筒子纱时纱线张力的大小并采用智能PID控制方法从而调节直流无刷电机的转速，通过张力、速度和电流三闭环控制使得卷绕电动机在启动、运行、制动过程中恒张力喂送纱线装置均能保证纱线均匀、张力恒定，张力恒定可以保证筒子卷绕密度均匀、筒子纱无结头、纱疵少、毛羽少。该***具有张力设定、过电流保护、错误报警等功能，实现了卷绕过程的自动化。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器的结构框图；

图2是纺织行业络筒机运行状态结构图，其中L表示本实用新型所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，P表示贮纱纱筒，Q表示给纱纱筒，M₁、M₂和M₃均表示电机，其中M₁为本实用新型控制的电机；

附图3是络筒机用直流无刷电机恒张力控制器控制原理示意图；

附图4是功率主电路单元的电路连接示意图；

附图5是电流检测电路连接示意图；

附图6是张力信号采集单元电路连接示意图；

附图7保护单元电路连接示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，它包括张力信号采集单元1、张力设定单元2、张力信号调理单元3、霍尔位置传感器4、速度位置信号调理单元5、霍尔电流传感器6、电流信号调理单元7、数字信号处理器8、逆变器驱动单元9、功率主电路单元10、张力显示单元13、保护单元14和张力传感器15，

张力传感器15的感应信号输出端与张力信号采集单元1的信号输入端相连，张力信号采集单元1的信号输出端与张力信号调理单元3的张力信号输入端相连，张力设定单元2的信号输出端与张力信号调理单元3的给定信号输入端相连，张力信号调理单元3的给定信号输出端与数字信号处理器8的调理信号输入端相连，霍尔位置传感器4的位置信号输出端与速度位置信号调理5的位置信号输入端相连，速度位置信号调理单元5的速度信号输出端与数字信号处理器8的速度信号输入端相连，霍尔电流传感器6的电流信号输出端与电流信号调理单元7的电流信号输入端相连，电流信号调理单元7的电流信号输出端与数字信号处理器8的电流信号输入端相连，

张力显示单元13的显示信号输入端与数字信号处理器8的显示信号输出端相连，保护单元14的过流保护输出端与数字信号处理器8的过流保护输入端相连，数字信号处理器8的控制信号输出端与逆变器驱动单元9的控制信号输入端相连，逆变器驱动单元9的驱动信号输出端与功率主电路单元10的驱动信号输入端相连，功率主电路单元10的控制信号输出端与电机11的控制信号输入端相连。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器的进一步限定，所述数字信号处理器8采用芯片TMS320F2812实现。

具体实施方式三：参见图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器的进一步限定，所述功率主电路单元10包括整流单元B、软启动单元A和逆变单元C，

所述软启动单元A由开关J₁、电阻R₁、电阻R₂和电容C₃组成，电阻R₂和电容C₃串联连接后与电阻R₁和开关J₁并联，

所述整流单元B由整流桥、电容C₁、电容C₂和电阻R₃组成，电容C₁、电容C₂和电阻R₃并联连接，且并联后的一端与整流桥的下桥臂相连，并联后的另一端与开关J₁的静触头相连，开关J₁的动触头与整流桥的上桥臂相连，

所述逆变单元C为三相逆变桥电路，该三相逆变桥电路的输入端与电阻R₃并联，该三相逆变桥电路的三相输出与电机11相连。

本实施方是所述的整流桥为两相不可控整流桥，220V正弦交流电经整流单元B的整流桥整流，再经电容C₁、电容C₂和电阻R₃滤波后作为三相逆变桥的直流电压源，电容C₁选取为容值大、耐压高的电解电容使得直流母线电压平稳，直流电质量较好，电阻R₃和电容C₂构成一个低通滤波器，滤除直流母线电压的尖刺。

当逆变器直流母线电压不稳或电压幅值不够时，电动机是不能够正常工作的。而直接对储能电容充电会对电容造成很大的冲击，所以设计软启动单元A，当***上电时由于电阻的R₁的作用限制充电电流的大小使得***直流母线电压逐渐增加，待C₁两端的电压值达到一定值后，通过控制信号使继电器常开触点闭合，把缓冲器短路掉防止R₁消耗额外的功率，提高***效率。

本实施方式的逆变单元的开关器件选用功率开关MOSFET即可，因为本实用新型对开关频率要求较高，而驱动电机功率不是很大。

工作过程：

结合图2和图3说明本实用新型的工作过程，张力设定单元2的将张力设定值传输通过给定信号输入端输入到张力信号调理单元3，张力传感器15对纱线的张力进行实时测量，张力传感器15将采集到的纱线的张力传输给张力信号采集单元1，经张力信号调理单元3FIR滤波整定后作为张力反馈值输入到数字信号处理器8，数字信号处理器8将张力设定值和张力反馈值进行比较，并经过数字信号处理器8的智能PID调节器进行PID调节得到速度给定值，

采用霍尔位置传感器4对电机转子位置进行检测并输入到速度位置信号调理单元5，经速度位置信号调理单元5滤波放大后输入到数字信号处理器8，数字信号处理器8根据电机转子位置计算出转速，并将该转速作为速度反馈值，数字信号处理器8内部的速度调节器将该速度反馈值与速度给定值相比较，得到电流给定值，

采用霍尔电流传感器6对电机转子的电流进行检测，并将检测得到的电流值输入到电流信号调理单元7，该电流值经电流信号调理单元7滤波放大后将其转换为数字量，该数字量经电流信号输入端输入到数字信号处理器8，并与电流给定值进行比较，经过数字信号处理器8内部的电流调节器输出PWM信号，PWM信号经6N137光耦隔离，保证控制芯片不被干扰，后经74LS06取反整形输送给继承驱动芯片IR2110，继承驱动芯片IR2110输出驱动信号驱动功率主电路单元10的逆变单元的功率开关MOSFET，从而得到供给电动机的电压，通过控制电机11来控制喂送罗拉12实现恒张力喂送纱的目的。

通过检测无刷直流电机的相电流控制无刷直流电机的转矩，从而提高无刷直流电动机的加速性能以及减少转矩脉动。

本实用新型结构简单，成本低，实时性高，控制精度好，利用纱线张力传感器实时检测纱线张力的变化来实时调节喂送电机转速，达到控制喂送纱线张力恒定的目的。

本实用新型由触摸屏设定张力给定值，触摸屏即为张力设定单元，以触摸屏作为主站，以数字信号处理器8作为从站，实现基于MODBUS通讯协议的的主从通信。从站采用中断的方式来接收和发送数据。通过张力传感器15对纱线的张力进行实时测量，并将测量得到的信号传输给张力信号采集单元1，张力信号采集单元1的具体电路图如图6所示，数字信号处理器8内部的ADC模块把张力信号采集单元1传输来的模拟量转换成数字信号处理器8能识别的数字量，通过数字信号处理器8标定后数据，一方面通过基于RS485接口的MODBUS通信协议传送到触摸屏实时显示出来，供用户分析，另一方面把标定后的张力值传给模糊PID控制器与设定的值进行比较后进行模糊PID计算，计算出电机的速度参考值n^*，实时调节电机的转速，从而达到控制纱线张力的目的。

本实用新型采用霍尔位置传感器4对电机驱动控制器的位置进行检测，利用霍尔位置传感器4工作的电机转子同时也是霍尔传感器的转子。通过感知转子上的磁场强弱变化来辨别转子所处的位置。将霍尔位置传感器4的输出信号经光耦6N137隔离处理后经74LS06后上拉至3.3V送到数字信号处理器8的捕获单元CAP1、CAP2、CAP3引脚，从而实现了主电路与控制电路之间的电气隔离，提高了***的抗干扰能力。并且数字信号处理器8计算出转子位置和转速，得到将实际转速n与给定转速n^*的速度偏差值e_k，经速度控制器进行转速PID调节，将转速外环的输出作为电流内环的给定输入，电流环的输出则控制PWM信号的占空比进行电流闭环控制。

采用霍尔电流传感器6来实现电机驱动控制器的电流检测，本***采用TI公司的高精度AD芯片ADS8322，如图5所示，将霍尔电流传感器FS050B转换的电压信号转换为DSP识别的数字量，与电流参考值完成电流闭环控制。此外ADS8322内部提供的2.5V基准可用作为基准输入，模拟输入采用的是差分输入可以与霍尔电流传感器6连接。

本***采用的是能在电隔离条件下测量波形不规则的交直流电流，精度高、抗干扰能力强的FS050B系列电流霍尔传感器，

保护单元14的具体电路结构如图7所示，当直流母线电流过高时经采样电阻采样后进行运放处理，经光耦6N137隔离后，如果输出低电平的故障信号，这个信号就会输入到DSP的PDPINTA引脚，DSP就会立即启动PDP中断服务子程序，封锁PWM信号输出，从而达到过流保护的目的，保证***能够安全可靠地运行。

Claims (3)

1.络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，其特征在于，它包括张力信号采集单元(1)、张力设定单元(2)、张力信号调理单元(3)、霍尔位置传感器(4)、速度位置信号调理单元(5)、霍尔电流传感器(6)、电流信号调理单元(7)、数字信号处理器(8)、逆变器驱动单元(9)、功率主电路单元(10)、张力显示单元(13)、保护单元(14)和张力传感器(15)，

张力传感器(15)的感应信号输出端与张力信号采集单元(1)的信号输入端相连，张力信号采集单元(1)的信号输出端与张力信号调理单元(3)的张力信号输入端相连，张力设定单元(2)的信号输出端与张力信号调理单元(3)的给定信号输入端相连，张力信号调理单元(3)的给定信号输出端与数字信号处理器(8)的调理信号输入端相连，霍尔位置传感器(4)的位置信号输出端与速度位置信号调理(5)的位置信号输入端相连，速度位置信号调理单元(5)的速度信号输出端与数字信号处理器(8)的速度信号输入端相连，霍尔电流传感器(6)的电流信号输出端与电流信号调理单元(7)的电流信号输入端相连，电流信号调理单元(7)的电流信号输出端与数字信号处理器(8)的电流信号输入端相连，

张力显示单元(13)的显示信号输入端与数字信号处理器(8)的显示信号输出端相连，保护单元(14)的过流保护输出端与数字信号处理器(8)的过流保护输入端相连，数字信号处理器(8)的控制信号输出端与逆变器驱动单元(9)的控制信号输入端相连，逆变器驱动单元(9)的驱动信号输出端与功率主电路单元(10)的驱动信号输入端相连，功率主电路单元(10)的控制信号输出端与电机(11)的控制信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，其特征在于，所述数字信号处理器(8)采用芯片TMS320F2812实现。

3.根据权利要求1所述的络筒机用直流无刷电机恒张力控制器，其特征在于，所述功率主电路单元(10)包括整流单元(B)、软启动单元(A)和逆变单元(C)，

所述软启动单元(A)由开关(J₁)、电阻R₁、电阻R₂和电容C₃组成，电阻R₂和电容C₃串联连接后与电阻R₁和开关(J₁)并联，

所述整流单元(B)由整流桥、电容C₁、电容C₂和电阻R₃组成，电容C₁、电容C₂和电阻R₃并联连接，且并联后的一端与整流桥的下桥臂相连，并联后的另一端与开关(J₁)的静触头相连，开关(J₁)的动触头与整流桥的上桥臂相连，

所述逆变单元(C)为三相逆变桥电路，该三相逆变桥电路的输入端与电阻R₃并联，该三相逆变桥电路的三相输出与电机(11)相连。

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