基于DSP的工業縫紉機控制系統設計方案

　　引言

　　傳統的工業縫紉機，主軸驅動大多采用離合器電機，縫制過程中的動作都靠機械和人工配合完成，存在效率低、體積大、調速范圍窄、位置控制難、自動化程度低。另一方面，傳統的工業縫紉機，由于主軸驅動靠離合器電機，通電后不管機器是否正處于縫制狀態，電機都一直在高速運轉耗電，不能實現有縫制動作時機器運轉，沒有縫制動作時機器停止，從而造成了大量電能浪費。

　　近年來德國杜克普(DURKOOP)，日本重機(JUKI)，日本兄弟(BROTHER)等國外公司，相繼推出了縫紉機電腦控制系統，實現了縫制動作的自動化，大大提高了工作效率，降低了能耗，深受市場歡迎，但其價格一直居高不下，國內一般企業很難承受。為此開發低能耗、高可靠性，能實現較寬的調速范圍、精確快速的位置控制并且價格低廉的高速工業縫紉機控制系統，替代進口，將會具有很好的市場前景。

　　系統設計

　　系統設計完成的是整體電控縫紉機的總體技術方案，它是完成電控縫紉機設計的最關鍵的一個步驟，該電控系統主要包括控制器、驅動器、電機、編碼器、傳感器、電磁鐵等幾個部分，系統框圖如圖1所示。

　　控制器

　　圖1的控制器作為工業縫紉機控制系統的核心，一方面產生伺服電機驅動信號，送給驅動器控制縫紉機完成定針位，并完成各種不同線跡的控制功能，另一方面產生開關信號給功率開關電路，完成縫紉機的剪線、撥線、前后加固、抬壓腳等動作。控制器的動作需要電機編碼器信號、機頭同步信號、腳踏板加減信號、電機電流傳感器信號等信號的參與運算，以協調整個機器完成相應動作。該控制器的硬件電路如圖2所示。

　　該控制器的主體核心采用TMS320F2406 DSP(U4)進行程序編程，以實現對永磁同步電機實行磁場定向控制。對永磁同步電機實行磁場定向控制的原理框圖如圖3。

　　通過電流傳感器測量逆變器輸出的定子電流iA、iB，經過DSP的A/D轉換器轉換成數字量，并利用iC=-(iA+ iB)計算出iC。通過Clarde變換將電流iA、iB、iC變換成旋轉坐標系中的直流分量isq、isd，isq、isd作為電流環的負反饋量。

　　利用增量式編碼器測量電動機的機械轉角位移qm，并將其轉換成電角度qe和轉速n。電角度qe用于參與Park變換和逆變換的計算。轉速n作為速度環的負反饋量。

　　給定轉速nref與轉速反饋量n的偏差經過速度PI調節器，其輸出作為用于轉矩控制的電流q軸參考分量isqref。isqref和 isdref(等于零)與電流反饋量isq、isd的偏差經過電流PI調節器，分別輸出dq旋轉坐標系的相電壓分量Vsqref和Vsdref。 Vsqref和Vsdref再通過park逆變換轉換成a b直角坐標系的定子相電壓矢量的分量Vsaref和Vsbref。

　　當定子相電壓矢量的分量Vsaref、Vsbref和其所在的扇區數已知時，就可以利用電壓空間矢量SVPWM技術，產生PMW控制信號來控制逆變器。

　　以上操作可以全部采用軟件來完成，從而實現三相永磁同步伺服電動機的全數字實時控制。