專利名稱：電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)域，具體的涉及一種電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法。
背景技術(shù)：
電子花樣機(jī)是箱包、鞋帽等生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的重要縫制設(shè)備，鑒于高速運(yùn)動(dòng)的情況，它采用的三軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法直接影響此類電子花樣機(jī)的性能指標(biāo)。在公開號(hào)為CN 1794561 A的專利中公開了一種電子花樣機(jī)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制方法。它雖然實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，但是由于花樣的主軸速度隨著針跡的不同都在變化，所以這樣就很難實(shí)現(xiàn)電子花樣機(jī)的高速平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)因速度的變化帶來(lái)機(jī)器的抖動(dòng)等不良現(xiàn)象。另外，在步距小于O. 33mm時(shí)的縫制速度可達(dá)3000針/分的技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有實(shí)用意義。在2006年中國(guó)科技雜志《武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào)》的《富怡牌電腦繡花機(jī)工作原理》中講述了一種半互斥的三軸協(xié)調(diào)控制方法。它同樣采用類似的方法，在保持主軸伺服電機(jī)勻速運(yùn)行的情況下，檢測(cè)其主軸電機(jī)的角度，進(jìn)一步控制繡框電機(jī)X軸和Y軸的運(yùn)動(dòng)。但是它是一體式的控制方式，沒(méi)有將運(yùn)算處理和控制相分離，使得控制系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和控制的并序運(yùn)行，從而減緩了系統(tǒng)的速度，也降低了機(jī)器的性能。同時(shí)，800針/分的縫制速度， 也不能很好地適應(yīng)高速電子花樣機(jī)運(yùn)動(dòng)的需求。在公開號(hào)為CN 101519831A公開了一種電腦花樣縫紉機(jī)運(yùn)動(dòng)控制方法，它雖然能夠?qū)崿F(xiàn)電子花樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，也彌補(bǔ)了之前專利中所講的不能高速平穩(wěn)運(yùn)行的不足，但是在連貫性的處理上，依然沒(méi)有解決，過(guò)沖等現(xiàn)象會(huì)時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
I.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題。為了，也彌補(bǔ)了之前專利中所講的不能高速平穩(wěn)運(yùn)行的不足，但是在連貫性的處理上，依然沒(méi)有解決，過(guò)沖等現(xiàn)象會(huì)時(shí)有發(fā)生
2.本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案。所以，鑒于之前電子花樣機(jī)存在的各種不足，縫制速度低、高速運(yùn)行不平穩(wěn)等，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種全新的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法，具體內(nèi)容如下
在主軸伺服系統(tǒng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，電子花樣機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主軸伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)一步控制X軸和Y軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于控制系統(tǒng)中所涉及到的主軸伺服電機(jī)速度和X軸、Y軸步進(jìn)電機(jī)速度，本控制系統(tǒng)利用ARM9的良好高速運(yùn)算性能，通過(guò)步距和用戶設(shè)置的主軸速度，在考慮連貫性的原則下，首先確定全部針跡的主軸伺服速度，然后驗(yàn)證各個(gè)主軸速度所對(duì)應(yīng)的X軸、Y軸步進(jìn)電機(jī)頻率，在確保合適的情況下，將主軸伺服電機(jī)的速度和X軸、Y軸的步進(jìn)增量ΛΧ、ΔΥ 通過(guò)串口線下送到ARM7，進(jìn)而隨后控制主軸電機(jī)和X軸、Y軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
ARM7控制系統(tǒng)在每針步進(jìn)電機(jī)頻率確定的情況下，通過(guò)速度優(yōu)化，使X\Y軸步進(jìn)電機(jī)不僅能夠平穩(wěn)運(yùn)行，而且還能夠進(jìn)行加減速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的變速控制，達(dá)到最大程度的平穩(wěn)運(yùn)行。另外，在主軸速度的計(jì)算上，我們從整體出來(lái)，鑒于連貫性的原則，設(shè)計(jì)了五步加速、四步減速等多個(gè)環(huán)節(jié)，使得主軸速度能夠平穩(wěn)性過(guò)渡，防止過(guò)沖等減緩機(jī)器性能的現(xiàn)象發(fā)生。從雙處理器方案的設(shè)計(jì)中可以看出，充分利用各個(gè)處理器的特點(diǎn)，使運(yùn)算處理和控制分開，各司其職，達(dá)到了良好的控制效果。本發(fā)明所涉及到的運(yùn)動(dòng)控制方法，是在開發(fā)電子花樣機(jī)嵌入式控制平臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。該控制系統(tǒng)由兩部分組成以S3C2410為核心的ARM9花樣處理器和以 ARM7TDMI為核心的機(jī)械控制處理器，它們之間以串口 RS485連接。ARM9具有極高的集成度， 并且根據(jù)系統(tǒng)的需要，涵蓋了幾乎全部的基本資源，像USB、Flash、RAM等；ARM7主要用于控制花樣機(jī)的機(jī)械部分，包括繡花、繡框移動(dòng)以及剪線等。ARM9控制器運(yùn)算處理功能大，它不僅包含各種控制單元，比如人機(jī)界面單元、參數(shù)的設(shè)置單元、花樣的編輯及修改單元等，而且還有相應(yīng)的功能模塊，并將每一針以X方向和 Y方向增量的形式表示并存儲(chǔ)起來(lái)，通過(guò)串口線傳送到ARM7控制單元。ARM7主要完成主軸、X軸、Y軸的三軸協(xié)調(diào)控制。它通過(guò)串口 RS485與ARM9相連， 將花樣的控制數(shù)據(jù)傳遞下來(lái)；對(duì)于主軸、X軸、Y軸的控制，主要是通過(guò)與之相連的功能部件，分別與主軸驅(qū)動(dòng)器、X軸驅(qū)動(dòng)器、Y軸驅(qū)動(dòng)器相連，進(jìn)而控制它們的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。ARM7的運(yùn)動(dòng)控制采用未知檢測(cè)協(xié)同運(yùn)動(dòng)的控制方法，它首先確保主軸伺服電機(jī)的勻速運(yùn)動(dòng)，然后有主軸編碼器檢測(cè)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的角度，依據(jù)X軸、Y軸的對(duì)應(yīng)增量Λ X、Λ Y給它們?cè)O(shè)置相應(yīng)的脈沖，從而促使X軸、Y軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到協(xié)調(diào)控制的目的。3.本發(fā)明解決上述問(wèn)題的產(chǎn)生的有益效果。本發(fā)明所描述的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法可以將轉(zhuǎn)速提高到3200針/分， 并且運(yùn)行平穩(wěn)、線跡美觀、勻稱，速度高、噪聲小，而且此方法可以適用于當(dāng)前的縫紉機(jī)、電腦繡花機(jī)以及電子花樣機(jī)或者類似的工業(yè)縫紉機(jī)三軸協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)控制中。


圖I本發(fā)明的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法的硬件組成框圖。圖2本發(fā)明的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法的電子花樣運(yùn)動(dòng)控制原理示意圖。圖3本發(fā)明的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法的步進(jìn)電機(jī)慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)ARM7對(duì)Χ/Υ 軸步進(jìn)電機(jī)升降速控制曲線。圖4本發(fā)明的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法的步進(jìn)電機(jī)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)ARM7對(duì)Χ/Υ 軸步進(jìn)電機(jī)升降速控制曲線。圖5本發(fā)明的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法的主軸伺服電機(jī)變速運(yùn)動(dòng)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例結(jié)合附圖，我們對(duì)本發(fā)明所涉及到的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)控制方法加以詳述。從圖I可以看出，本發(fā)明所涉及到的運(yùn)動(dòng)控制方法，是在開發(fā)電子花樣機(jī)嵌入式控制平臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。該控制系統(tǒng)由兩部分組成以S3C2410為核心的ARM9花樣處理器和以ARM7TDMI為核心的機(jī)械控制處理器，它們之間以串口 RS485連接。ARM9具有極高的集成度，是本發(fā)明的核心，也是本發(fā)明所提供方法實(shí)現(xiàn)的依托，里面有人機(jī)界面單元、花樣的編輯和修改單元等；ARM7主要用于控制花樣機(jī)的機(jī)械部分，包括繡花、繡框移動(dòng)以及剪線等。整個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互、系統(tǒng)的輸入、文件管理、3軸 (主軸、X軸、Y軸)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的控制等。微型計(jì)算機(jī)采用低功耗、嵌入式ARM9處理器，200MHZ CPU，64M SDRAM, 5V DC電源； 其上的64M Flash用于系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)以及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)文件等。它數(shù)據(jù)運(yùn)算處理功能強(qiáng)大，主要負(fù)責(zé)對(duì)花樣數(shù)據(jù)的運(yùn)算，比如花樣的編輯及修改，花樣參數(shù)的設(shè)置等。由于ARM9對(duì)花樣文件進(jìn)行編譯，根據(jù)用戶設(shè)置的主軸速度及系統(tǒng)計(jì)算的主軸速度來(lái)決定主軸伺服電機(jī)以什么樣的速度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)根據(jù)每針的主軸速度驗(yàn)證X軸、Y軸的伺服電機(jī)頻率，同時(shí)將X軸、Y軸方向的相應(yīng)增量Λ X、Λ Y下送到ARM7控制單元，完成花樣的縫制。ARM7主要是完成3軸(主軸、X軸、Y軸)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制。它以ARM7TDMI為核心， 電子花樣機(jī)所需要的所有控制信號(hào)、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)等均有此芯片產(chǎn)生。它通過(guò)RS485 串口線與ARM9相連，以脈沖、方向控制為主的位置控制為主，既支持主軸的交流伺服驅(qū)動(dòng)器，也支持X軸、Y軸的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。圖2詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明所涉及的運(yùn)動(dòng)控制方法。ARM7將主軸伺服電機(jī)的A送料開始角度位置和B送料終止角度位置的設(shè)定值值反饋到ARM7特定寄存器中。在縫制過(guò)程中， 主軸伺服電機(jī)帶動(dòng)縫紉機(jī)針勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)隨著圖2中箭頭所指的方向運(yùn)行到A點(diǎn)時(shí)，此時(shí)的主軸電機(jī)編碼值就會(huì)和ARM7相應(yīng)寄存器的送料開始角度設(shè)定值相等，也即當(dāng)前位置驅(qū)動(dòng) Χ/Υ軸步進(jìn)電機(jī)開始送料。ARM7驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)加速，之后到達(dá)Χ/Υ軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度 Vx>Vy就勻速運(yùn)行，之后步進(jìn)電機(jī)降速直至為零。其中，Vx和Vy根據(jù)主軸伺服電機(jī)的速度和X/Y針距來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)(針距范圍O. lmnTl2· 7mm)ο在電子花樣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，只有很好的解決主軸交流伺服電機(jī)和X/Y 軸步進(jìn)電機(jī)之間的同步，才能有效的提聞電子花樣的運(yùn)行速度，進(jìn)而提聞花樣機(jī)的效率。在電子花樣機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，主軸伺服電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，ARM7通過(guò)主軸的速度、允許送料的角度及終止送料角度等控制X/Y軸步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率。一般情況下，電子花樣機(jī)都是要求步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較短，運(yùn)行速度也比較高，這樣很容易造成丟步和過(guò)沖。比如，ARM7若以給定的速度啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，那么就會(huì)因?yàn)榇藭r(shí)的速度超過(guò)極限啟動(dòng)頻率而不能正常啟動(dòng)， 而且速度越高，越容易丟步，甚至堵轉(zhuǎn)；電機(jī)運(yùn)行起來(lái)以后，如果達(dá)到終點(diǎn)時(shí)立即停止發(fā)送脈沖串，令其停止運(yùn)轉(zhuǎn)，則會(huì)由于慣性，電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)沖過(guò)平衡位置，若負(fù)載過(guò)大，還可能會(huì)造成過(guò)沖，造成縫制過(guò)程中機(jī)針停止位置的不準(zhǔn)確。本發(fā)明所涉及到的方法中，ARM7控制X/ Y軸步進(jìn)電機(jī)加入對(duì)步進(jìn)電機(jī)升降速的處理，有ARM7產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)不同速度所需的時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的變速控制。如圖3所示，ARM7對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行變速控制，就是改變脈沖的頻率，升速時(shí)使脈沖串逐漸加密，減速時(shí)使脈沖串逐漸稀疏。至此，經(jīng)過(guò)良好的運(yùn)動(dòng)控制，避免了丟步或者過(guò)沖的產(chǎn)生，從而也大大提高了電子花樣機(jī)的速度和效率。從圖4可以看出，步進(jìn)電機(jī)升速一勻速一降速的時(shí)間隨著花樣縫紉機(jī)運(yùn)行速度的升高而縮短。從圖5可以看出，為了很好地保護(hù)主軸電機(jī)，是主軸電機(jī)每針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的速度平穩(wěn)過(guò)渡，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種很好的速度過(guò)渡方法，即在縫制開始前，我們加入主軸的五步加速， 使主軸速度平穩(wěn)上升；在縫制結(jié)束時(shí)，我們加入主軸電機(jī)的四步減速，使速度平穩(wěn)下降。綜上，本發(fā)明對(duì)于花樣縫制有很大的改進(jìn)
ARM9+ARM7的集合控制，可以將傳統(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)從復(fù)雜繁瑣的控制中解放出來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制操作的分開處理，互不干擾，并行運(yùn)算，可以很好的節(jié)省控制時(shí)間，大大提高花樣縫制的效率。整體性的速度運(yùn)算，將所有的主軸速度協(xié)同運(yùn)算，可以避免下層對(duì)速度連貫性的運(yùn)算，有效地防止了因主軸速度變化過(guò)大造成的機(jī)械沖擊。通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)速度的變速處理，通過(guò)加速、勻速和降速的運(yùn)動(dòng)，可以有效地防止過(guò)沖和丟步的產(chǎn)生，使縫制效果得到更好的提高。經(jīng)過(guò)在本項(xiàng)目上的證實(shí)，電子花樣機(jī)的縫制速度完全可以實(shí)現(xiàn)高速處理，而且運(yùn)行平穩(wěn)、線跡美觀、勻稱，噪聲小，在針距3_時(shí)可以實(shí)現(xiàn)3200轉(zhuǎn)/分的高速效果，完全可以滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)要求的電子花樣機(jī)和縫紉機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。上述實(shí)施例不以任何方式限制本發(fā)明，凡是采用等同替換或等效變換的方式獲得的技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法，其特征在于采用雙控制器ARM7和ARM9，在主軸伺服系統(tǒng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主軸伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)一步控制X軸和Y 軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法，其特征在于對(duì)所述的主軸伺服電機(jī)速度和X軸、Y軸步進(jìn)電機(jī)速度，ARM9通過(guò)步距和用戶設(shè)置的主軸速度，首先確定全部針跡的主軸伺服速度,然后驗(yàn)證各個(gè)主軸速度所對(duì)應(yīng)的X軸、Y軸步進(jìn)電機(jī)頻率,最后將主軸伺服電機(jī)的速度和X軸、Y軸的步進(jìn)增量Δ X、Λ Y通過(guò)串口線下送到ARM7，進(jìn)而隨后控制主軸電機(jī)和X軸、Y軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法，其特征在于ARM7控制系統(tǒng)在每針步進(jìn)電機(jī)頻率確定的情況下，通過(guò)速度優(yōu)化，使X\Y軸步進(jìn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，并且控制加減速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的變速控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法，其特征在于在主軸速度采用五步加速、四步減速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子花樣機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的控制方法，它在主軸伺服電機(jī)部件勻速運(yùn)動(dòng)的前提下，控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)主軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)角度位置，來(lái)進(jìn)一步控制X軸和Y軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)。采用ARM9+ARM7雙處理器的方案，將花樣信息的運(yùn)算處理與控制分開，從而利于不同的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的具體功能。ARM9依據(jù)其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，將花樣數(shù)據(jù)運(yùn)算處理完成后，通過(guò)串口線下發(fā)至ARM7，使得ARM7能依據(jù)花樣的處理結(jié)果進(jìn)行縫制控制。這種雙處理器的控制方案，很好的節(jié)約了控制時(shí)間，提高了控制系統(tǒng)的性能和縫制速度，同時(shí)也能在不妨礙花樣縫制的情況下，解放出ARM9處理器，從而能進(jìn)行其他的操作。
文檔編號(hào)D05B69/18GK102605573SQ20121009813
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者孫瑜 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)常熟研究院有限公司