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  文章標題:基于ARM和DSP的永磁伺服系統設計與實現
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作者:bellcn88  發表時間:2010-3-11 0:23:48
基于ARM和DSP的永磁伺服系統設計與實現
  由蕤,姜淑忠,宋杰
(上海交通大學電氣工程系,上海200030)
摘要:在分析紡織行業竹節紗裝置工藝要求的基礎上,設計了永磁伺服系統?刂破鞑捎
ARM和觸摸液晶屏;驅動器選用DSP,同時實現電機的磁場定向控制和其他功能。分析了系統的工作過程。系統已成功應用在竹節紗裝置上,具有較高的性價比和推廣價值。
關鍵詞:永磁同步電動機;伺服系統;竹節紗;設計;應用
1伺服系統結構  
  永磁同步電機伺服系統由控制器、驅動器、永磁同步電機、傳感器構成。按控制器、驅動器的復雜程度及二者之間的功能分配,控制系統分為單軸系統、多軸系統和獨立控制系統。對單軸系統,控制單元的一個通道只控制一臺驅動器;對多軸系統,控制單元的一個通道控制多臺驅動器;對獨立控制系統,各種工藝軟件集成在驅動器中,控制器的作用被弱化,只起命令輸入、過程監控等作用,有時這些功能也被移植到驅動器中。獨立控制系統在實時性強、輸入輸出點數少的系統中獲得大量應用[1-3];與其他兩種結構相比,硬件上可省略控制卡和PLC,降低了系統硬件成本,軟件上可將工藝軟件與控制軟件集成在一起,有利于保護知識產權,延長產品的生命周期。本文通過分析竹節紗裝置的工藝要求,設計了獨立控制結耕的伺服系統。
2  竹節紗裝置工藝要求
    在紡紗過程中,通過改變瞬時牽伸倍數或增加附加纖維,使在紗線長度方向上產生符合一定要求的粗節的紗線稱為竹節紗,其中所產生的粗節稱為竹節,兩粗節之間的紗線稱為基紗。如圖l所示,L2、L4為基紗節長,L1、L3為竹節節長,D為基紗直徑,D1、D3為竹節直徑。竹節紗按竹節的分布情況可分為無規律竹節紗和有規律竹節紗。目前都采用變牽伸倍數的方法生產竹節紗,將普通環錠細紗機或轉杯紡紗視上前、中、后三根羅拉的傳動鏈斷開,用伺服電機單獨驅動中、后羅拉,改變中、后羅拉與前羅拉的速比就能改變紗線的牽伸倍數即紗線的粗細,控制伺服電機轉過的角度即可控制節紗的長度。
由于前羅拉的速度因工藝要求發生變化,為保持給定的速比,中、后羅拉的速度必須跟隨前羅拉的變化。將每圈脈沖數為Nf的正交編碼器與前羅拉聯結,測速周期T秒內計數器讀得的編碼器脈沖數為nf(計數器工作于4倍頻方式),則前羅拉的轉速(單位:r/min)為:
式中,c為牽伸倍數;q為牽伸效率;e為中、后羅拉與前羅拉的速比。
    當中、后羅拉以此速度運行時,所紡紗的直徑即為基紗的直徑。通常用中、后羅拉的轉速與基本轉速的百分比aj(j:1,2,…,)表示某一節紗與基紗直徑的比,乘以伺服電機所聯減速齒輪箱的速比i可得伺服電機的速度為:
    設前羅拉直徑為df(單位:mm),則前羅拉的周長為πd。為獲得長度為Lf(j=l,2,…,)的節紗,前羅拉應旋轉Lj/πddf西轉。由式(1)和(4)知,伺服電機與前羅拉的轉速比為15ajei/cq,因此伺服電機應旋轉15ajei/πcqdf轉。若伺服電機正交編碼器每圈脈沖數為Nm,DSIP中的計數單元工作于4倍頻方式,則伺服電機應轉過的脈沖數為:
    考慮機器、原料、環境等方面的影響,為了減小誤差,需對式(5)的結果進行修正,即對基紗段應乘以細節系數k1,對竹節段應乘以粗節系數k2。以粗節系數為例,其含義是假如粗節輸入的長度值和紡出來粗節長度相等,則粗節系數為l,如果兩個值不相等,則粗節系數為輸入值與實際值的比值。
    從式(4)和式(5)可知,伺服電機以速度vm旋轉nm個脈沖后就能得到給定長度和粗細的節紗。對給定的機器,伺服電機的速度僅與紗的粗細和前羅拉的快慢有關,脈沖數則取決于紗的粗細和長度。
3伺服系統設計
    竹節紗伺服系統如圖2所示?刂破饔葾RM和觸摸液晶屏組成,完成鍵盤定義、系統參數(如c、g、e、i、d等)及工藝參數(如aj、Lf等)輸入、

 

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