基于PMAC和松下伺服电机的电子横移控制系统研究.docx

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1、基于PMAC和松下伺服电机的电子横移控制系统研究提出了一种以PMAC运动控制器为控制系统核心，以工业控制机为系统支撑和松下伺服为驱动的开放式ELS电子横移数控系统。首先阐述了ELS系统的开展现状，接着重点介绍了松下MINAS-A系列沟通伺服电机驱动器原理和PMAC控制算法。最后详细介绍了电子横移控制系统的硬件构造和软件设计及系统仿真方法。传统的梳栉横移机构有很多缺点：花型变化本钱高；柔性差；机械构造寿命短；纺织速度受机械构造的限制。随着电脑控制技术和机电一体化的程度不断进步，为了进步产品的市场竞争力，许多厂商对经编机的导纱梳栉横移机构进展改造，用电子横移机构取代传统的机械机构，如德国的LIBA

2、公司消费的高速经编机就具有ELS、EBC、EAC电子横移数控装置，梳栉的电子横移机构具有花型变化柔性好，可以根据市场的需求随时调整编辑花型，机构的寿命长等特点。最大的特点就是花型循环不受限制，且经编机上的花型变化特别方便，只要插入带有工艺参数的软盘就可以改变梳栉的横移规律。该种机型可以对市场的花型的流行趋势作出迅速反响，因此用电子数控技术来实现经编机产品的更新换代是市场需求的必然趋势。近年度来我国经编机也在迅速开展，但与国外先进国家相比差距较大，使用的设备主要是以机械横移的经编机为主，产品档次低，主要用于普通的面料，还没有进入国际品牌，花型设计周期长，市场竞争才能差。近年度来，国际经编机技术程

3、度开展很快，我国每年度从国外进口先进的产品。今后，采用先进的电脑控制技术提升产品的质量和档次将成为我国经编机开展的必然趋势。1松下MINAS-A系列沟通伺服电机驱动器原理伺服系统用来控制被控对象的转角和位移，使其能自动地、连续地、准确地复现输入指令的变化规律。位置控制的作用是将CNC装置插补出的瞬时位置指令值Pc和检测出的实际值Pf，在位置比拟器中比拟，产生位置偏向P，再把P转换为瞬时速度指令电压UP。输入位置比拟器中的指令有两种方式脉冲列和数值指令。数值输入方式的位置控制是由软、硬件结合实现的，软件负责偏向和进给速度指令的计算，硬件承受进给指令的数据，进展D/A转换，为速度控制单元提供指令电

4、压，以驱动电动机运转。其原理框图如图1所示。目前，采用硬、软件结合的数字伺服系统较为普遍。而且伺服系统同时有两种输入方式。日本松下消费的MINAS-A系列沟通伺服电动机驱动器可以选择脉冲输入方式，可以以选择数值指令输人方式，其原理框图如图2所示。2PMAC控制算法PMAC是美国DeltaTau数字系统公司消费的运动控制器。借助于Motorola的DSP56001数字信号处理器，PMAC运动控制处理器可以同时操纵1-8个轴。每一个轴都是完全独立的，一个PMAC可操纵8台不同机器的8个单轴，或者同一台机器的8个轴之间进展完全协调的联动，或者两种之间的任意组合。PMAC运动控制器提供PID和阶式位置

5、伺服滤波器。还有另外两项用以减少伺服系统的轨迹误差：速度和加速度前馈。速度前馈的作用是减少微分增益或测速发电机环路阻尼所引起的跟踪误差。惯性所带来的跟踪误差与加速度成正比，因此可以由加速度前馈来补偿。由于驱动电机和负载之间很难做到理想的耦合，PMAC运动控制器具有几项高级功能来处理实际问题，诸如滞后，静摩擦，卷曲和回差。这些问题共同作用会使系统产活力械谐振进而严重损害系统的性能。PMAC运动控制器的数字阶式滤波器和双反应选项中同时测量驱动器和负载的位置和补偿伺服环中的微分运动的才能可以解决机械谐振问题。PMACPID+陷波伺服滤波器原理图如图3所示。PID伺服滤波器极点配置的优点：在配置极点时

6、具有更大的灵敏性设置系统的动态特性；具有更强的鲁棒性以防止系统的动态特性的改变；更强的抗扰动才能；可以将测量噪声的影响控制到最小值；可以更好地控制系统的谐振；进步了处理像摩擦那样的非线性效应的才能。PID的实际算法。对于电机x使用的计算控制输出的PID算法实际公式如下所示：DACoutn为16位的伺服周期输出指令32768+32767。它被转换成-10+10V的输出。DACoutn的值由Ix69定义。Ix08为电机x的一个内部位置放大系数通常设为96。Ix09为电机x速度环的一个内部放大系数。FEn是伺服周期n内所得的跟随误差，即为该周期内指令位置与实际位置的差值CPn-APn。AVn是伺服周

7、期为n内的实际速度，即为每个伺服周期最后两个实际位置的差值APn-APn-1。CVn是伺服周期为n内的指令速度，即为每个伺服周期最后两个指令位置的差值CPn-CPn-1。CAn是伺服周期n内的指令加速度，每个伺服周期最后两个指令的速度的差值CVn-CVn-1。IEn是伺服周期n的跟随误差的积分，大小为：在所有的伺服周期内积分起作用。当CV不等于0时，Ix34=1只关掉了积分器的输入，而没有关掉它的输出。PMAC可以用来设置陷波滤波器。陷波滤波器是一个防谐振带阻滤波器，用于消除谐振的影响。PMAC的陷波滤波器系统的形式为：分子Nz为带阻滤波器，分母Dz为带通滤波器。PMAC使用四个变量指定整个陷

8、波滤波器系统：Ix36N1和Ix37N2是带阻滤波器参数，Ix38D1和Ix39D2是带通滤波器参数。这些I变量代表陷波滤波器公式里使用的实际参数。它们的范围为-2、0到+2、0；它们是带1个符号位，2个整数位和21个分数位的24位值。3电子横移系统3.1系统分析经编机在编织时，主轴每转动一周，梳栉要进展一次针前横移、一次针背横移和两次过针摆动。过针时梳栉不进展横移。不同的机型针距不同，如E28：针距=25.4/280.9071。梳栉的横移运动定位精度要求保证过针时导纱针与槽针之间的最小间隙，同时机器速度快，频繁做运动停顿运动的反复动作。控制系统不仅可以实现一把梳栉横移，可以以实现四把梳栉联动

9、。为了保证经编机的编织可以正常进展，必须使电子横移机构定位精度高、速度响应快且系统稳定性好，同时具有良好的人机界面。3.2系统硬件构造电子横移的硬件构造如图4所示。整个系统主要由三局部组成。1花型控制软件生成系统，把梳栉的编花组织代码如：L1，1-0/1-2/；L2，2-3/2-1/1-2/1-0/1-2/2-1/；L3，1-0/1-2/2-1/2-3/2-1/1-2/其中L1、L2、L3代表不同的梳栉转换成PMAC可以识别的NC-代码和G-代码。花型控制软件生成系统关键是采用某种数据构造来实现。2步进液压缸数控系统。3步进液压高压供应油供应系统。3.3控制软件的开发电子横移数控系统基于Win

10、dows2000平台，采用上下位机形式通讯。电子横移数控系统上位机采用流行的VisualC+6.0来实现系统的管理，而下位机的编程采用PMAC的开发工具以PMAC语言编写。PMAC提供了一套DLL和VxD来完成通讯。程序流程图如图5所示。电子横移数控系统软件的开发分为PMAC实时控制软件和系统管理软件两局部。实时控制软件如图6所示。其中插补模块包括直线插补、圆弧插补及样条插补等。监控模块主要指PMAC卡上的PLC监控。其中主要包括看门狗PLC、上电PLC、主PLC、指示等管理PLC和下电PLC。看门狗PLC计数器可以提供故障保护关断功能，以便CPU出错时提供平安保障。主PLC主要用来完成对控制

11、面板及输入输出进展监控的任务。数据收集模块可以对伺服电机和主轴电机的速度进展收集，进而有效地控制横移运动。本系统的管理软件是基于IPC，在Windows环境下主要负责系统的通信、显示、诊断、花型软件的输入和人机界面的管理。其管理软件如图7所示。参数设置模块主要用于对系统主轴的速度，花型组织的选择和电子横移时间的设置；故障诊断模块可以对系统的整个运行状态进展监控和在线诊断；系统调度模块进展多任务之间的通讯；通讯模块主要完成PMAC与主机之间的通讯，通过一个主机通讯程序，使主机与PMAC建立通讯，进而实现电子横移机构的运动控制。本数控系统的IPC和PMAC之间的通讯是利用DehaTau公司提供的P

12、comm32动态连接库和PTALKDT控件编制的。Pcomm32囊括了同PMAC通讯的所有方式，而且将其主要函数进展分类、封装，最终形成ActiveX控件PTALKDTt。通过完成的通讯程序可以实现运动程序的下载、PLC程序、IPC对PMAC的指令传输及PMAC对IPC的状态反应等通讯功能。参数设置、数控程序编辑、故障诊断及参数输人等人机界面采用VisualC+6.0语言进展编制，利用Windows丰富的GUI函数及32位的处理才能来实现友好的人机界面。系统的管理软件和实时控制软件能完成横移运动的控制，数据的收集和状态检测，使系统运行平稳、性能可靠，进而知足设计要求。4系统仿真通过PMAC为用

13、户提供的PEWIN软件来调节控制器提供的PID+速度/加速度前馈调节器的参数可以解决大局部的系统问题。PEWIN软件通过分析系统的脉冲响应和正弦曲线响应来评估系统的特性。图8是PEWIN中PID调整的界面。在界面的左上角是PEWIN软件提供的两种信号源脉冲和正弦信号，可以调整这两种信号的特性信号的幅度、时间。在它的下面是与系统有关的参数，用户通过调节这些参数来调节系统的特性。当改变了其中的参数以后，就可以执行脉冲响应或者正弦波响应经过。脉冲响应经过主要用来调整系统的P、I、D等参数，而正弦波响应主要用来调整系统的动态特性，涉及的参数主要是速度和加速度前馈。通过键盘上的“PageUp和“Page

14、Down键来选择要调整的电机。需要注意：系统执行PID调整的经过是首先将所有运行的运动程序和PLC程序停顿，然后下载自己的一小段程序，让电机转动，收集实时数据，绘制脉冲和正弦波响应曲线，通过响应曲线来判断系统的特性。图9和图10分别是脉冲响应曲线和正弦波响应曲线。图6PMAC实时控制软件图7系统管理软件图9脉冲响应曲线图10正弦波响应曲线本文分析了松下MINASA系列沟通伺服电机驱动器原理和PMAC控制算法。同时对电子横移进展系统仿真和分析。对于纺织行业，用充分表达当代微机控制技术和机电一体化的电子横移取代传统的机械构造是技术开展的必然趋势。使用电子横移设备取代传统的机械构造不仅可以极大进步消费效率，而且可以消费出高质量高档次的产品。我们选用的Windows2000、IPC+ISA/PCI功能控制卡和流行的VisualC+6.0语言可以为电子横移控制系统开发的软硬件平台和软件开发语言，不仅使产品符合我国的经编机的开展趋势，进步了我国经编机的市场竞争力，而且使系统具有很好的可扩展性和可移植性，为将来的开展提供了很大的空间。