專利名稱：電子送經(jīng)控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于織機(jī)的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)和方法。
國(guó)內(nèi)也有幾家單位進(jìn)行了電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，這些產(chǎn)品的主控制器采用可編程的邏輯控制器(PLC)或單片機(jī)，電機(jī)采用力矩電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，控制方式為開(kāi)環(huán)速度控制。程序控制過(guò)程為在一個(gè)織布周期一般為(100ms-150ms)內(nèi)，通過(guò)張力傳感器采樣9-12個(gè)信號(hào)，并計(jì)算出平均張力值，作為下一緯紗送經(jīng)量的依據(jù)。將一個(gè)織布周期的平均張力值與設(shè)定張力值進(jìn)行比較，依據(jù)張力值的變化不斷改變送經(jīng)電機(jī)的電壓頻率，以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，并決定織軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或不轉(zhuǎn)，從而送出不同長(zhǎng)度的經(jīng)紗來(lái)穩(wěn)定經(jīng)紗張力。或者通過(guò)發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖來(lái)控制經(jīng)紗的張力。目前國(guó)產(chǎn)的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的主控制器速度較慢，算法也較簡(jiǎn)單，因此很難控制好張力。由于這些技術(shù)原因，它們尚未得到國(guó)內(nèi)外的認(rèn)可。
一般說(shuō)來(lái)，國(guó)外尚未把電子送經(jīng)控制系統(tǒng)做成單獨(dú)的產(chǎn)品，而是將它集成在整個(gè)織機(jī)控制器中。電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，控制方式為開(kāi)環(huán)速度控制。這些電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的開(kāi)放性較差，不易對(duì)織機(jī)進(jìn)行改造。另外，它們往往專用于特定的織機(jī)，柔性差，對(duì)用戶而言成本較高。現(xiàn)在德國(guó)的百格拉公司研制出了單獨(dú)的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，它采用步進(jìn)電機(jī)，但較難適應(yīng)高速、高精度的要求?？傊瑖?guó)外的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)產(chǎn)品也有許多值得改進(jìn)之處。
綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)有如下的不足之處1.單片機(jī)和PLC的處理速度較慢，若把它們用作控制器，就難于采用優(yōu)良的算法，在高速下不能保證實(shí)時(shí)性。
2.將一個(gè)織布周期的平均張力值與設(shè)定張力值進(jìn)行比較，是以一個(gè)織布周期為單位進(jìn)行的間接控制，難于達(dá)到理想的控制目的。其實(shí)，要保證織出的布符合要求，最為關(guān)鍵的是要控制各個(gè)織布周期的相應(yīng)位置經(jīng)紗張力的一致性，而不是控制經(jīng)紗的平均張力。
3.簡(jiǎn)單的算法很難適應(yīng)一個(gè)時(shí)變、非線性的送經(jīng)控制系統(tǒng)(例如，送經(jīng)布軸的軸徑不斷變小，以及其他一些因素)，因而很難控制好張力。
4.開(kāi)環(huán)控制限制了響應(yīng)的準(zhǔn)確性和快速性，不能滿足高檔織機(jī)的要求。
5.速度控制的波動(dòng)較大，容易受外界一些意外情況的影響，難于精確控制織軸的轉(zhuǎn)角，亦即難于精確控制送經(jīng)量。
本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)還包括碼盤(pán)，它經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片與主控制器芯片的相應(yīng)端口相連，用于在程序執(zhí)行過(guò)程中在特定位置產(chǎn)生中斷。
本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)還包括外部數(shù)據(jù)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，它的地址線、數(shù)據(jù)線和片選線分別于主控制器芯片的相應(yīng)端口相連，主要用于存放程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)還包括掉電保護(hù)電可擦只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，它與主控制器芯片的相應(yīng)端口相連，主要用于存放掉電時(shí)系統(tǒng)的一些重要參數(shù)。
本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)還包括鍵盤(pán)輸入電路，它包含多個(gè)與主控制器芯片相應(yīng)端口相連的相互獨(dú)立的按鍵開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)還包括通過(guò)接口電路與主控制器芯片相連的液晶顯示模塊，它與所述按鍵開(kāi)關(guān)相結(jié)合，用于經(jīng)紗張力顯示、張力設(shè)定等功能。
本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)還包括與主控制器芯片相連的外部仿真JTAG接口，用于將程序通過(guò)它下載到芯片的FLASH中。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的控制方法，其中，所述控制方法包括下述步驟由初始狀態(tài)自動(dòng)算出一個(gè)控制量；在一個(gè)織布周期的多個(gè)時(shí)刻由張力傳感器檢測(cè)經(jīng)紗的張力，并由主控制器根據(jù)張力偏差算出另一個(gè)控制量；由上述兩個(gè)控制量之和實(shí)時(shí)地控制交流伺服系統(tǒng)。
在本發(fā)明的控制方法中，使用智能模糊比例積分微分(PID)算法來(lái)計(jì)算所述另一個(gè)控制量，該算法的程序包括模糊算法子程序和PID算法子程序。
圖2是電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的硬件電路原理圖，其中圖2.1示出主控制芯片、鍵盤(pán)輸入電路、鎖相環(huán)濾波電路、JTAG接口電路；圖2.2示出復(fù)位電路；圖2.3示出晶振電路；圖2.4示出掉電保護(hù)EEPROM電路；圖2.5示出外部數(shù)據(jù)RAM電路；圖2.6示出液晶顯示接口電路；圖2.7示出碼盤(pán)電平轉(zhuǎn)換電路；圖2.8示出碼盤(pán)、電源、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器外部接口電路；圖2.9示出5V-3.3V轉(zhuǎn)換電路；圖2.10-2.12示出濾波電路；圖2.13示出模擬信號(hào)調(diào)整電路；圖2.14示出電源指示電路；圖2.15示出程序燒寫(xiě)控制電路；圖2.16示出主控制芯片相關(guān)引腳上拉電路。
圖3是系統(tǒng)軟件框圖，其中圖3.1電子送經(jīng)控制方法的總程序框圖；圖3.2是碼盤(pán)中斷程序框圖；圖3.3是模糊算法子程序框圖；圖3.4是PID算法子程序框圖。
圖2示出本發(fā)明的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的硬件電路原理圖，其中
圖2.1示出主控制芯片、鍵盤(pán)輸入電路、鎖相環(huán)濾波電路、JTAG接口電路。主控制器采用DSP芯片TMS320LF2407A。系統(tǒng)的按鍵開(kāi)關(guān)為五個(gè)，采用獨(dú)立按鍵形式，分別由主控制芯片TMS320LF2407A的端口IOPE1-IOPE5控制。其軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要結(jié)合液晶顯示模塊來(lái)完成經(jīng)紗張力顯示、張力設(shè)定等功能。程序通過(guò)外部仿真JTAG接口下載到芯片的FLASH中。
圖2.3示出的晶振電路采用10MHz的晶振頻率，經(jīng)主控制芯片TMS320LF2407A的鎖相環(huán)電路倍頻后可以得到系統(tǒng)所需的時(shí)鐘工作頻率。
圖2.4示出掉電保護(hù)EEPROM電路，采用24LC16，它主要用于存放掉電時(shí)系統(tǒng)的一些重要參數(shù)，用主控制芯片TMS320LF2407A的端口IOPE0、IOPE7和IOPC3分別控制24LC16B的SCL、SDA和WP，該存儲(chǔ)器是I2C接口，操作簡(jiǎn)單，用軟件模擬操作時(shí)序。
圖2.5示出外部數(shù)據(jù)RAM電路，采用IS61LV6416-8T，它主要用于存放程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)，其地址線、數(shù)據(jù)線、片選線等分別與主控制芯片TMS320LF2407A的相應(yīng)接口相連。
圖2.6示出液晶顯示接口電路，液晶顯示模塊采用內(nèi)置SED1520控制器的12232D型液晶模塊，主要結(jié)合按鍵來(lái)完成經(jīng)紗張力顯示、張力設(shè)定等功能。它采用間接控制方式與主控制芯片TMS320LF2407A相連，用該芯片的IOPB0-IOPB7控制液晶模塊的數(shù)據(jù)線，用IOPC4-IOPC7分別控制A0、R/W、E2、E1。用軟件模擬操作時(shí)序。
圖2.7示出碼盤(pán)電平轉(zhuǎn)換電路，它采用采用74LVTH245A，用于完成5V至3.3V的轉(zhuǎn)換。
圖2.8示出碼盤(pán)、電源、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器外部接口電路。碼盤(pán)采用OMRON公司的360線光電碼盤(pán)，主要用來(lái)產(chǎn)生在程序執(zhí)行過(guò)程中特定位置的中斷。它的端口A、B、Z經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片74LVTH245A轉(zhuǎn)換后分別與主控制芯片TMS320LF2407A的QEP1、QEP2、CAP3相連，主控制芯片TMS320LF2407A的事件管理模塊的計(jì)數(shù)器對(duì)碼盤(pán)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)脈沖計(jì)數(shù)與設(shè)定值相同時(shí)，產(chǎn)生中斷。
圖2.9示出5V-3.3V轉(zhuǎn)換電路，采用TPS73HD318。系統(tǒng)的輸入電壓為5V，而系統(tǒng)的大多數(shù)芯片所需的供電電壓為3.3V，故由電源轉(zhuǎn)換芯片來(lái)完成5V到3.3V的轉(zhuǎn)換。該芯片的9、10腳接地，11、12腳為輸入腳，接+5V輸入電源，17、18腳為輸出腳，電壓為3.3V。
圖2.10至圖2.12示出濾波電路，系統(tǒng)所需的其他電壓分別由這兩種電壓經(jīng)過(guò)電感電容濾波后得到。
圖2.13示出模擬信號(hào)調(diào)整電路，主控制芯片TMS320LF2407A的A/D模塊的參考電壓VREFHI、VREFLO可通過(guò)分別調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R3、R4得到。
圖2.14至圖2.16分別示出電源指示電路、程序燒寫(xiě)控制電路以及主控制芯片相關(guān)引腳上拉電路。
系統(tǒng)由安裝在織機(jī)上的張力傳感器實(shí)時(shí)地檢測(cè)經(jīng)紗的張力，由張力傳感器把張力轉(zhuǎn)化為成比例電壓信號(hào)。該信號(hào)由主控制芯片TMS320LF2407A的A/D模塊的ADCIN00通道接收，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
系統(tǒng)采用的電機(jī)為安川公司的750W交流伺服電機(jī)。由主控制芯片TMS320LF2407A的端口PWM12和IOPF6分別控制交流伺服驅(qū)動(dòng)器的PULSE和SIGN，即由PWM12發(fā)出相應(yīng)頻率和數(shù)量的脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PWM12發(fā)出脈沖的數(shù)量是通過(guò)反饋回TCLINKB，由程序產(chǎn)生的中斷決定的，IOPF6控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向。
系統(tǒng)的總程序框圖如圖3.1所示，它在初始化得出一個(gè)控制量之后，就連續(xù)不斷地執(zhí)行等待碼盤(pán)中斷的操作，由此不斷與張力偏差對(duì)應(yīng)的另一個(gè)控制量，然后由這兩個(gè)控制量之和去控制交流伺服電機(jī)。因此，系統(tǒng)采用的是位置控制和小偏差微量調(diào)整控制方法。
碼盤(pán)中斷程序框圖如圖3.2所示，在讀出代表經(jīng)紗張力的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果后，即先后調(diào)用模糊子程序和PID子程序，最后得出控制交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制量，由此實(shí)時(shí)地驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。
系統(tǒng)采用智能模糊PID算法，圖3.3和圖3.4分別示出模糊算法子程序和PID算法子程序框圖。由于在控制過(guò)程中在線整定PID的三個(gè)參數(shù)，因此系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性以及較強(qiáng)的抗干擾能力。
實(shí)時(shí)性好、控制精確、平穩(wěn)，具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力是本系統(tǒng)采用的控制方案的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，包括主控制器、張力傳感器和伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器采用高速數(shù)字信號(hào)處理器芯片；安裝在織機(jī)上的所述張力傳感器把與經(jīng)紗張力成比例的模擬電壓信號(hào)輸出至所述主控制器；所述伺服系統(tǒng)為交流伺服系統(tǒng)，包括伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)，所述主控制器根據(jù)算得的控制量經(jīng)外部接口電路控制所述交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
2.如權(quán)利要求1所述的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括碼盤(pán)，它經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片與主控制器芯片的相應(yīng)端口相連，用于在程序執(zhí)行過(guò)程中在特定位置產(chǎn)生中斷。
3.如權(quán)利要求1所述的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括外部數(shù)據(jù)RAM，它的地址線、數(shù)據(jù)線和片選線分別于主控制器芯片的相應(yīng)端口相連，主要用于存放程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括掉電保護(hù)RAM，它與主控制器芯片的相應(yīng)端口相連，主要用于存放掉電時(shí)系統(tǒng)的一些重要參數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括鍵盤(pán)輸入電路，它包含多個(gè)與主控制器芯片相應(yīng)端口相連的相互獨(dú)立的按鍵開(kāi)關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括通過(guò)接口電路與主控制器芯片相連的液晶顯示模塊，它與所述按鍵開(kāi)關(guān)相結(jié)合，用于經(jīng)紗張力顯示、張力設(shè)定等功能。
7.如權(quán)利要求1所述的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括與主控制器芯片相連的外部仿真JTAG接口，用于將程序通過(guò)它下載到芯片的FLASH中。
8.一種用于電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括下述步驟由初始狀態(tài)自動(dòng)算出一個(gè)控制量；在一個(gè)織布周期里的多個(gè)時(shí)刻由張力傳感器檢測(cè)經(jīng)紗的張力，并根據(jù)張力偏差算出另一個(gè)控制量；由上述兩個(gè)控制量之和實(shí)時(shí)地控制交流伺服系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的用于電子送經(jīng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，使用智能模糊PID算法來(lái)計(jì)算另一個(gè)控制量，該算法的程序包括模糊算法子程序和PID算法子程序。
全文摘要
一種用于織機(jī)的電子送經(jīng)控制系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的控制方法。該控制系統(tǒng)主要包括主控制器、張力傳感器和伺服系統(tǒng)。主控制器采用高速數(shù)字信號(hào)處理器芯片；張力傳感器在一個(gè)織布周期的多個(gè)時(shí)刻監(jiān)測(cè)經(jīng)紗張力，并把與之成比例的信號(hào)送至主控制器；主控制器用算得的控制量來(lái)控制伺服系統(tǒng)的交流伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。該控制方法包括由初始狀態(tài)自動(dòng)算出一個(gè)控制量；根據(jù)張力偏差算出另一個(gè)控制量；再由上述兩個(gè)控制量之和實(shí)時(shí)地控制伺服系統(tǒng)。
文檔編號(hào)D03D49/04GK1456723SQ0311688
公開(kāi)日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者何永義, 周其洪, 郭帥, 吳琪 申請(qǐng)人:上海大學(xué)