基于单片机控制的交流伺服系统的多梳栉经编机的研究

 

1.1 经编机的概述

 

1.1.1 经编机的结构

 

1.1.2 经编机的现状

国内经编机的现状我国近年来经编业也在迅速发展。全国最大的经编机制造企业经纬纺机常德纺织机械有限公司，近 10 年来，也自行开发了新型经编机：常德特里科型高速经编机和双针床拉舍尔型经编机两系列新机。目前常德生产的经编机有以摇架为主导产品的 KS 系列高速经编机，GE241Y 系列贾卡提花经编机，CE283 系列双针床经编机，E2268 网类经编机以及 E2202A 整经机等等[6]。虽然我国近年来经编业也在迅速发展，但是遗憾的是，目前我国的经编机生产企业只能生产机械式多梳栉经编机，梳栉数最多只达到八梳栉。这使得我国与国外先进国家相比差异较大，使用的设备主要以机械式经编机为主，产品档次较低，大多用于普通的妇女内衣面料，未能进入国际品牌行列，花型设计以互相"拷贝"为主。因此，急需引进国外高档设备和高新技术，积极消化吸收，尽快提高我国花型设计水平，缩短与国外的差距。

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1.2 课题研究意义以及方法

 

1.2.1 课题研究的意义

所以改变一个花型，其链块投入的费用很高，而且链块的纵横排列连接成链带,要求按照花型对链块尺寸进行人工排列组装，一种复杂花型需一个工人组装 15 个工作日左右，考虑到链块磨损后还需更换造成停机，这将造成工时以及因停工造成的浪费,损失是巨大的，如此大的花型前期投入使生产商很难承接中小批量的货单。对于日趋多品种少批量的市场发展，大大缩小了机械式经编机的生存空间与市场竞争力。目前经济发达地区（如广东），已显示出急需增加进口电脑经编机的势头。至于我省，如不及时淘汰旧式机器，引进电脑控制设备，则面临严峻的市场挑战。长乐市是我省的纺织业龙头，也是我省拥有械式经编机最多的城市，现有的机械式经编机就有 400 多台。为了在竞争如此激烈的市场中生存，长乐市纺织业面临着要么淘汰旧式机器，购置电脑经编机，要么改造旧式机器的选择。而淘汰旧式机器，购置电脑经编机，意味着要承担高额设备费用。机械式经编机每台价格为 40～60 万元，而添置一台电脑经编机每台需 160～400 余万元。因此，机械式经编机的电脑改造是势在必行的，而且改造老式设备还可以节省大量的资金投入，是企业的首选方案。多年来我国只能靠进口电脑经编机，本项目的成功研制可填补国内空白，结束我国不能生产电脑经编机的历史。

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第二章 系统传动机构设计

 

2.1 螺旋传动机构

 

2.1.1 螺旋传动的选择

螺旋传动是应用非常广泛的机械传动之一，最常见的一种是滑动螺旋传动。但是，由于滑动螺旋传动的接触螺旋面间存在着较大的滑动摩擦阻力，故其传动效率低、磨损快、使用寿命短，已不能完全适应现代机械传动在高速度、高效率、高精度等方面发展的要求。至于液体静压螺旋传动，则因其传动装置较复杂，维修也不甚方便，故其应用也受到了一定的限制。作为一种新型的传动机构，滚珠丝杆传动（也称滚珠螺旋传动）是在丝杆与螺母旋合螺旋槽之间放置适量滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，构成滚珠可在闭合回路中反复循环运动的螺旋传动。如图 2.2 所示，当丝杆或螺母转动时，滚珠被推在闭合回路中形成滚珠链的反复运动。这样，丝杆与螺母的相对运动借助于滚珠链的作用，把滑动接触变成了滚动接触。因此，滚珠螺旋传动相对于滑动螺旋传动而言，其螺旋运动机理，概括地说，就是以滚动摩擦代替了滑动摩擦。

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2.2 连杆总成

滚珠丝杆传动需要通过连杆总成实现对梳栉的运动传递，从而实现系统所需的动作（如图 2.5 所示）。

根据系统的需求，连杆总成需满足如下功能：

⑴传递丝杆的运动；

⑵连杆本身要有足够的刚度；

⑶连杆与梳栉间的连接要保证消除传动误差；

⑷连杆与丝杆连接有一定的挠度以满足梳栉摆动的需要。

因此，连杆总成可以由三部分组成：

⑴连杆体与梳栉连接部；

⑵连杆体；

⑶连杆体与滚珠丝杆连接部。

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第三章 交流伺服电机及其控制原理.............................22

3.1 步进电机和交流伺服电机性能比较......................... 22

3.2 永磁同步电机交流伺服系统 .............................. 23

3.3 伺服控制基础 ......................................... 26

3.4 交流伺服系统的控制形式................................ 28

3.5 抗干扰技术............................................ 32

第四章 系统控制电路设计 ...................................34

4.1 微机系统的扩展......................................... 35

4.2 接口电路设计 ......................................... 39

 

第六章 软件设计

 

6.1 交流伺服电机升降速软件设计

交流伺服电机的升降速软件设计采用汇编语言完成，主要是利用定时器中断子程序提供交流伺服放大器以脉冲，从而驱动伺服电机动作。系统设计要求如下：在经编机的运行过程中,把梳栉从一次移动到下一次移动的时间间隔看成一个周期 T。在一个周期 T 中，梳栉要在 1/3T 的时间内移动到一个规定的位置。根据该要求对程序分析如下：把交流伺服电机每次要走的圈数放在数据表 DATA1 中，每编织一种花型交流伺服电机要走的次数放在计数器 TIME1 中，则从 DATA1 表中取出要走的数据，通过转换把数据转换成交流伺服电机要走的角度输出一定频率的脉冲以驱动交流伺服电机，从而使梳栉精确地运动到所规定的位置。伺服电机的速度要求如图6.1所示。图6.1中的加速时间是指伺服电机从零速升速到额定速度所需的时间，降速时间是指伺服电机从额定速度降速到零速所需的时间。其中升降速时间是以查表方式从表 DATA2 中取出加速和降速时间常数，分别用以从零速开始的升速，以及平稳运行后的降速，从而保证电机高速而不失步的稳定运行的状态。驱动交流伺服电机的脉冲是由单片机以定时器中断方式产生的。

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结 论

 

本文通过分析德国 Karl Mayer 公司的电脑控制的多梳栉提花经编机如MRSS56/42 等型号，我们发现该机器是由电脑程序控制梳栉移动的距离,取消了机械链块.但是，该机的执行机构与机械式多梳栉提花经编机偏心轮带动滑块的机构相似，没有完全摆脱原机械式经编机的结构特点。复位靠的是复位弹簧的恢复力，使梳栉实现反向动作，加大了正向运动的阻力，而且靠偏心轮来推动滑块的方式，使得摩擦阻力大大增加，从而加剧了构件的磨损。可见，该机构存在定位精度差、构件磨耗大、反应速度慢等缺点。为此，本课题选用以交流伺服电机加上绝对编码器反馈环节构成的闭环系统来带动滚珠丝杆运动的传动方式，具有反应速度快、定位精度高、可实现双向定位等优点。采用滚珠丝杆，彻底克服了复位弹簧加在运动机构上的阻力，也大大减少了构件的磨损。由于花型数据参数的变化，使得滚珠丝杆的工作区段也随之在不断的变化，这些因素对减少磨损也是很有利的。并且利用单片机和 PC 机的通讯技术，使得大量而复杂的花型数据实现了在线传输，从而也大大提高了整个系统的智能化程度。本文基于单片机控制的交流伺服系统的多梳栉经编机的研究，有如下特点：

①本课题研制的经编机的执行机构与国内、外同类产品完全不同，放弃了传统的复杂而且要求高精度的机械加工构件，采用传动精度高、可靠性好和效率高的滚珠丝杆传动机构，并且结合了微机硬件和软件控制的技术。使得整个系统具有简单、可靠、价廉、便于维护等优点。

②本课题研制的经编机是基于交流伺服系统加上绝对编码器构成反馈的系统，由于伺服电机具有步进电机不可比拟的速度反应，且定位精度高，还可实现双向定位，所以整个系统的精度得到了大大提高。通过微机控制，产品的性能具有反应速度快、可靠性高、控制精度高、稳定性好、维护方便等优点，而且具有很高的性价比。

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参考文献（略）