本發(fā)明屬于縫紉機技術領域，尤其涉及一種縫紉機步進電機控制方法及控制系統(tǒng)。

背景技術：

縫紉機一般由機頭、臺板(機座)和機架組成?？p紉時,由機頭中的4個機構形成線跡：首先由刺料機構把穿有縫線的機針刺進縫料；其次由鉤線機構在縫料下面把機針上的縫線鉤住,使其自連,或與下面的梭線交織或互連；再由挑線機構把縫線收緊；最后由送料機構把縫料推進一定距離，完成線跡的形成過程。這4種機構的動作配合密切。所以,縫紉機是一種半自動的精密機器。

步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，步進電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給步進電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得步進電機在速度、位置等控制領域實現更簡單。然而，由于步進電機是一種精確的數字控制執(zhí)行機構，在步進電機啟動或加速時，若步進脈沖變化太快，轉子由于慣性跟不上電信號的變化，則可能產生堵轉或失步，在步進電機停止或減速時，由于以上相同原因則可能產生超步。

因此，如果在縫紉過程中步進電機失步可能會引起縫紉長度變短、縫紉花樣變形、動作不到位、針距大小不一等問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種縫紉機步進電機控制系統(tǒng)及控制方法，用于解決現有技術中縫紉機縫紉時由于步進電機失步導致的縫紉長度變短、縫紉花樣變形、動作不到位、針距大小不一等問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供一種縫紉機步進電機控制方法，所述方法包括：控制器預設步進電機的步進速度、步進時間及允許偏差值，在所述步進時間內根據所述步進速度確定脈沖數、并向所述步進電機發(fā)送所述脈沖數；編碼器獲取所述步進電機的運動信息，并實時地將所述運動信息傳遞給所述控制器；所述控制器根據所述運動信息計算出當前的位置計數值；所述控制器將所述位置計數值與發(fā)送的所述脈沖的脈沖累計值進行比較得到差值；如果所述差值超出所述允許偏差值，則根據預設策略進行處理；其中，所述預設策略包括控制器根據當前位置計數值確定負載當前實際位置，并重新預設所述步進電機的步進速度、步進時間；或者，所述預設策略包括所述控制器根據所述差值調整所述預設的步進電機的步進速度。

進一步地，所述控制器通過調節(jié)所述步進電機的電流來控制所述步進電機的步進速度。

進一步地，所述運動信息包括旋轉方向信息及旋轉角度信息。

進一步地，所述編碼器為光電編碼器。

進一步地，所述光電編碼器包括增量式光電編碼器。

本發(fā)明還提供一種縫紉機步進電機控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：步進電機模塊，用于驅動步進電機運動；反饋模塊，用于通過編碼器獲取所述步進電機模塊中的步進電機的運動信息，并將所述運動信息傳送給控制模塊；所述控制模塊，用于預設所述步進電機模塊中步進電機的步進速度、步進時間及允許偏差值，在所述步進時間內根據所述步進速度確定脈沖數以向所述步進電機發(fā)送；從所述反饋模塊獲取步進電機的運動信息，根據所述步進電機的運動信息計算出當前位置計數值，并將所述位置計數值與發(fā)送的所述脈沖的脈沖累計值進行比較得到差值，如果所述差值超出所述允許偏差值，則根據預設策略進行處理。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的縫紉機步進電機控制方法及控制系統(tǒng)，能夠解決現有技術中縫紉機縫紉時由于步進電機失步導致的縫紉長度變短、縫紉花樣變形、動作不到位、針距大小不一等問題。并且本發(fā)明的技術方案由于控制器可以基于步進電機運動反饋信息，調整并控制步進電機的運動速度，可以有效的降低電機發(fā)熱，延長電機使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的縫紉機步進電機控制系統(tǒng)的功能模塊結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的縫紉機步進電機控制系統(tǒng)的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明及具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明的縫紉機步進電機控制方法，包括以下步驟：

步驟s101，控制器預設步進電機的步進速度、步進時間及允許偏差值，在所述步進時間內根據所述步進速度確定脈沖數以向所述步進電機發(fā)送。具體地，在所述步進時間內，所述控制器根據負載當前的初始位置以及在預設的步進時間要到達的目標位置設定步進電機的步進速度，根據所述步進速度相應的向所述步進電機發(fā)送一定數量的脈沖。在一個實施例中，所述控制器控制的是驅動縫紉機中的送布裝置的步進電機，控制器首先得到所述送布裝置的初始位置，并確定在預設的步進時間所述送布裝置要到達的目標位置，根據所述初始位置和所述目標位置確定所述送布裝置分別在x軸和y軸上的運動距離，由于所述送布裝置在所述x軸和y軸上的運動是通過x軸和y軸上的步進電機的旋轉確定的。因此可以根據所述送布裝置在x軸上的運動距離確定x軸上的步進電機的總的旋轉角度，根據所述送布裝置在y軸上的運動距離確定y軸上的步進電機的總的旋轉角度，進而根據所述步進時間分別確定x軸和y軸上的步進電機的步進速度(也可以成為旋轉速度，即步進電機旋轉的速度)。同時，控制器根據縫紉機對送布裝置的位置的精度要求分別預設x軸和y軸上的允許偏差值?？刂破鞲鶕軸上的步進速度確定要向所述x軸步進電機發(fā)送的脈沖量，并向x軸步進電機發(fā)送，以驅動x軸步進電機按照預設的步進速度進行運動。控制器根據y軸上的步進速度確定要向所述y軸步進電機發(fā)送的脈沖量，并向y軸步進電機發(fā)送，以驅動y軸步進電機按照預設的步進速度進行運動。步進電機根據接收到的脈沖做出相應的運動。在不同的實施例中，所述控制器可以控制x軸和y軸上的步進電機，也可以控制抬壓腳步進電機或者主軸步進電機。

步驟s102，編碼器獲取所述步進電機的運動信息，并實時地將所述運動信息傳遞給所述控制器。具體地，所述編碼器獲取所述步進電機的旋轉方向信息以及旋轉角度信息，并將所述旋轉方向信息以及旋轉角度信息傳遞給所述控制器。所述步進電機的旋轉方向和旋轉角度決定了所述步進電機對應操作的負載的運動方向和距離。編碼器是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器可以把角位移或直線位移轉換成電信號，前者也可稱為碼盤，后者也可稱為碼尺。在本發(fā)明中所述編碼器包括碼盤。所述編碼器包括光電編碼器，光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。所述光電編碼器包括增量式光電編碼器。增量式編碼器轉軸旋轉時，有相應的脈沖輸出，其旋轉方向的判別和脈沖數量的增減借助后部的判向電路和計數器來實現。其計數起點任意設定，可實現多圈無限累加和測量。還可以把每轉發(fā)出一個脈沖的z信號，作為參考機械零位。編碼器軸轉一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數由編碼器光柵的線數決定。需要提高分辨率時，可利用90度相位差的a、b兩路信號對原脈沖數進行倍頻，或者更換高分辨率編碼器。在一個實施例中，所述步進電機控制的是送布裝置在x軸上的運動，所述步進電機的旋轉方向和旋轉角度決定了所述送布裝置在x軸上的運動方向和運動距離。所述控制器根據預設的所述步進電機的步進速度向所述步進電機發(fā)送相應的一定數量的脈沖，所述脈沖控制所述步進電機進行相應的運動。所述脈沖通常是作用與步進電機的驅動器，由步進電機驅動器驅動步進電機運動。增量式光電編碼器檢測到所述步進電機的運動，獲取所述步進電機的運動信息，所述運動信息包括步進電機的旋轉方向信息和旋轉角度信息。增量式光電編碼器將所述步進電機的運動信息實時的發(fā)送給所述控制器。所述步進電機的運動通過聯軸器驅動機械負載，如縫紉機中的送布裝置。在一個實施例中，編碼器固定于步進電機軸的尾端，對所述步進電機的運動進行檢測，步進電機檢測并輸出a相信號和b相信號，所述a相信號和b相信號分別經過光耦隔離電路輸入到所述控制器中。

步驟s103，所述控制器根據所述運動信息計算出當前的位置計數值。具體地，所述控制器根據所述運動信息(包括步進電機的旋轉方向信息以及旋轉角度信息)得到出所述步進電機的運動方向和旋轉運動距離，進而計算出所述步進電機當前的位置計數值(|位置計數值|*l＝旋轉運動距離，位置計數值的正負對應負載的運動方向，所以進行取絕對值操作)。步進電機的運動通過機械傳動控制著負載的運動，因此，所述位置計數值決定了負載的實際運動距離，進而確定了負載的當前實際位置(負載實際位置)。

步驟s104，所述控制器將所述位置計數值與控制器根據所述預設的步進速度發(fā)送的脈沖累計值進行比較得到差值。具體地，所述控制器根據所述預設的步進速度發(fā)送脈沖，所述控制器對所發(fā)送的脈沖進行計數，得到所述步進電機的脈沖累計值(即已發(fā)送的脈沖數)，所述脈沖累計值決定負載當前的指定位置(也可稱為脈沖累計位置)。在沒有誤差的情況下，所述脈沖累計值與所述位置計數值成確定的比例，通常為1:1。所述控制器將所述脈沖累計值與步驟s103得到的位置計數值進行比較，將兩者比較得到一個差值。所述比較得到的差值是指將所述脈沖累計值乘以確定的比例后與所述位置計數值進行比較得到的結果。在比例為1:1的情況下，所述比較得到的差值即為所述脈沖累計值與所述位置計數值相減得到的結果。如果兩者比較差值為零，則說明負載當前的指定位置與負載的當前實際位置相符，如果兩者比較差值不為零，則說明負載當前的指定位置與負載的當前實際位置不相符。

在其中的一個實施例中，控制器可以根據應用環(huán)境的精度要求、使用的步進電機不同，獲取步進電機負載工作狀態(tài)時的直接啟動轉速、最高轉速，并確定編碼器的精度，以及步進電機驅動器的每轉脈沖數(即步進速度)。當步進電機受外力堵轉時，編碼器檢測并確定步進電機驅動的運動機構的位置信號，通過編碼器的反饋信號，控制器在相應軟件支持下自動嘗試改變步進電機轉速(控制器通過改變發(fā)給步進電機的脈沖數來改變步進電機的轉速)，當以任何速度都無法再啟動電機時，會發(fā)出嚴重錯誤警報，此時指示燈閃爍，控制器報相應錯誤代碼。當mf電機釋放信號有效時，電機將掉電并處于自由的狀態(tài)，此時可以通過。

步驟s105，如果所述差值超出所述允許偏差值，則根據預設策略進行處理。具體地，將步驟s104所得到的差值與預設的允許偏差值相比較，如果所述差值的絕對值大于預設的偏差值，則根據預設策略進行處理。所述預設策略包括：控制器根據當前位置計數值確定負載當前實際位置，并重新預設所述步進電機的步進速度、步進時間。具體地，當所述差值的絕對值大于所述允許偏差值時，所述控制器將根據所述步進電機控制的負載在步進電機運動之前的初始位置和步進電機當前的位置計數值確定步進電機控制的負載的當前實際位置。將所述負載的當前實際位置作為新的初始位置，根據新的初始位置、新預設的步進時間、及新預設的目標位置，重新確定所述步進電機的步進速度。所述預設策略還可以包括：根據所述偏差值，在原有的預設步進速度確定的脈沖數量基礎上，對脈沖數量進行相應的調整。在一個實施例中，所述脈沖累計值與所述位置計數值比較的結果為所述位置計數值偏小，即相當于有的脈沖并沒有充分發(fā)揮其對步進電機的驅動作用。此時，對脈沖數量的調整即為增加一定的脈沖數量，以補償因某些原因導致沒有充分發(fā)揮作用的脈沖，從而使得運動負載最終能夠在預設的步進時間到達負載的目標位置。所述負載的目標位置實際上即為所述步進時間和步進速度所確定的脈沖累計值所確定的負載目標位置。

在其中的一個實施例中，縫紉機的控制器根據負載的當前初始位置以及目標位置確定負載運動的距離，并根據所述運動距離預設步進電機的步進時間和步進速度?？刂破鞲鶕霾竭M速度向步進電機發(fā)送一定數量的脈沖，所述步進電機的驅動器接收到所述脈沖驅動所述步進電機運動，步進電機運動驅動著負載相應的進行運動。編碼器對步進電機的運動進行監(jiān)控，記錄步進電機的運動信息。所述控制器從所述編碼器中得到所述步進電機的運動信息，并根據所述運動信息確定所述步進電機的當前位置計數值，所述當前位置計數值確定負載實際運動的位置和速度。所述控制器根據位置計數值與脈沖累計值比較，根據比較結果調整發(fā)送的脈沖數量，相當于調整步進電機或負載的速度。當步進時間結束時，判斷負載是否到達指定位置，或判斷此時步進電機的位置計數值與脈沖累計值比較是否相符，如果相符，則本次負載運動結束。如果不相符，根據步進電機的位置計數值與脈沖累計值的比較結果確定需要補償的脈沖數量，發(fā)送需要補償的脈沖數量給步進電機，步進電機進而驅動負載到達指定目標位置。

在實際的應用中，所述控制器對縫紉機的送布裝置控制還包括一個x、y方向的定位過程：x、y方向各有一個光耦傳感器來確定各自方向的零點，開始定位時先讀取光耦傳感器的狀態(tài)，根據光耦傳感器的電平來控制步進電機的轉動方向，以一定的速度運行，運行時當檢測到光耦傳感器的信號跳變時，如光耦信號從‘1’變?yōu)椤?’或‘0’變‘1’時即認為此處為x或y方向的零點，此時主控制器把編碼器內部的位置計數值清零。當一個方向上的步進電機檢測到光耦傳感器后，就將相應的編碼器的位置計數器清零。這時表示該步進電機到了本次運動的起點位置或者是終點位置。此時可根據需要改變步進電機的方向。如系統(tǒng)位置的最小分辨率為0.1mm，那么從零點向正方向運行1mm，編碼器的位置計數值就置為10；向負方向運行1mm，那么編碼器的位置計數值就置為-10。

本發(fā)明還提供一種縫紉機步進電機控制系統(tǒng)。如附圖1所示，所述縫紉機步進電機控制系統(tǒng)包括：控制模塊11，步進電機模塊12以及反饋模塊13。其中：

步進電機模塊12，與所述控制模塊11相連，用于驅動步進電機運動。具體地，所述步進電機模塊包括步進電機及其驅動器，所述步進電機的驅動器接收控制模塊發(fā)送的脈沖，并根據所述脈沖驅動所述步進電機運動。

控制模塊11，用于預設所述步進電機模塊12中步進電機的步進速度、步進時間及允許偏差值，在所述步進時間內根據所述步進速度確定脈沖數以向所述步進電機發(fā)送；從所述反饋模塊13獲取步進電機的運動信息，根據所述步進電機的運動信息計算出當前位置計數值，并將所述位置計數值與發(fā)送的所述脈沖的脈沖累計值進行比較得到差值，如果所述差值超出所述允許偏差值，則根據預設策略進行處理。具體地，所述控制模塊11預設所述步進電機模塊12中步進電機的步進速度、步進時間及允許偏差值；根據預設的步進速度相應的發(fā)送一定數量的脈沖給所述步進電機模塊，以驅動相應的步進電機以預定的步進速度進行運動。所述控制模塊11從所述反饋模塊13中獲取所述步進電機的運動信息，并根據所述運動信息確定的當前的負載實際位置；控制模塊11根據發(fā)送的脈沖累計值確定負載的當前指定位置；控制模塊11比較負載實際位置和脈沖累計值，或比較當前負載實際位置和負載的當前指定位置，比較結果為一個差值。如果所述差值大于控制模塊11的允許偏差值，則根據預設策略進行處理。所述預設策略包括：所述預設策略包括控制模塊11根據當前位置計數值確定負載當前實際位置，并重新預設所述步進電機的步進速度、步進時間。所述預設策略還包括：所述控制模塊11根據所述差值調整所述預設的步進電機的步進速度。

反饋模塊13，用于通過編碼器獲取所述步進電機模塊12中的步進電機的運動信息，并將所述運動信息傳送給控制模塊11。具體地，所述編碼器包括光電編碼器。所述光電編碼器可以為增量式光電編碼器。所述運動信息包括步進電機的旋轉方向信息及旋轉角度信息。

在一個所述步進電機控制系統(tǒng)的實際應用中，如附圖2所示，所述控制模塊11包括上位機和運動控制器，所述上位機根據負載的初始位置和目標位置預設步進時間、步進速度以及允許偏差值。所述上位機根據所述步進速度確定，并通過指令控制運動控制器向步進電機模塊發(fā)送一定數量的脈沖。所述步進電機模塊包括步進電機驅動器和步進電機。步進電機驅動器接收控制模塊11發(fā)送的脈沖，根據脈沖驅動步進電機運動。步進電機的運動通過聯軸器驅動機械負載運動。所述反饋模塊13包括編碼器，所述編碼器讀取步進電機的運動信息，并將所述運動信息反饋到控制模塊11，所述運動信息即為反饋信息。所述控制模塊11接收到所述運動信息，由運動控制器將運動信息等狀態(tài)反饋到上位機，上位機根據運動信息和脈沖累計數計算，確定是否調整脈沖數量。

綜上所述，本發(fā)明的縫紉機步進電機控制方法及控制系統(tǒng)，通過將步進電機的運動信息反饋給控制器，控制器根據步進電機的運動反饋信息，對步進電機的運動進行調整，使得步進電機能夠及時準確的到達目的位置。這能夠解決現有技術中縫紉機縫紉時由于步進電機失步導致的縫紉長度變短、縫紉花樣變形、動作不到位、針距大小不一等問題。并且本發(fā)明的技術方案由于控制器可以根據步進電機的運動反饋信息來調整并控制步進電機的運動速度，因此可以有效的避免電機的過度發(fā)熱，從而延長電機使用壽命。

以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。