自动纺织机控制系统设计方案

摘要随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，电气控制系统在工程中得到日益广泛的应用。剑杆织机作为一种适应性最强的无梭织机，其发展方向为电子选纬、电子送经、电子卷取控制技术的研究和应用。本论文采用DSP2407作为剑杆织机电气控制系统的主控芯片。并对主要组成部分进行了较为系统的阐述，包括送经卷取系统，引纬系统及其电机的驱动控制，故障检测做出具体的分析，同时对剑杆织机的经纱张力做出检测并及时反映给单片机。送经卷取电机采用无刷直流电机来完成，并在微处理器的控制下实现送经卷取的同步运行，保持张力恒定。引纬电机采用三相混合式步进电机。本文首先对纺织机和其电控部分的总体设计做出概述，然后是设计的主体部分，首先是对三相电的整流，滤波做出设计并进行整流二极管和滤波电容的选择。本文对送经卷取电机和引纬电机都使用双极性PWM控制，选取MOSFET作为桥式逆变的开关器件。送经电机部分选用驱动芯片IR2113来驱动开关器件。同时对电路进行检测，本文对整流输出母线电压和送经电机定子短接电流进行检测经A/D转换将信号传给控制芯片。引纬部分对三相混合式步进电机的驱动和检测做了详细设计。设计中采用“S”型张力传感器对经纱张力进行检测，将检测信号传递给控制芯片进行处理，若张力超过限定值则发出停车信号。再次是软件设计部分对织机控制主程序，张力调节子程序和送经电机启动子程序做出设计。在文章的最后应用MATLAB对PWM逆变和无刷直流电机的控制部分进行仿真。关键词剑杆织机无刷直流电机三相混合式步进电机驱动Abstract谷Wi城th购t茶he掩p轿ow漏er唯e由le圾ct堵ro痰ni时cs汇,嫁mi坚cr马oe伴le白ct奖ro悔ni炕cs消a误nd减c旗on挂tr惰ol约t半he扁or剂y续of失t醉he跨d唉ev勒el繁op高me劣nt懂,许el苍e社ct董ri糟ca剩l茶co冻nt旨ro炼l忽sy竞st撑em坑i规n慰cr贞ea谈si苏ng由ly捧w岛id些el赞y屑in杜e聚ng咐in亮ee讽ri辉ng哈a伏pp贼li舱ca懂ti亮on盟s峰.调As弊a愁m迫os塑t侄ad驻ap抽ta碰bl豆e托ra键pi辜er式改in捡傅lo阳om策,消it较s蚁di版re价ct费io孤n款fo东r希th禾e除el仔ec云tr带on到ic贫w乱ef们t,退e雄le垃ct蛮ro饱ni毫c球le淋t-抢of困f,杨e愚-c银oi音li氧ng满c计on飞t妨ro迈l背te挣ch伪no蛋lo吊gy作r潮es喝ea航rc蠢h知an洋d某ap炮pl偿ic届at陡io浙n.贷In球t改hi习s睛th膜es温is怪,轮DS亲P酱24递07革as符弊c晨on俯t妥ro批l跨ch虹ip腰el泽ec糕tr维ic代al庄c去on沟tr双ol仍s追ys退te叙m康o花f谣ra丘pi犁er迫c饿hi舱p.回A舍nd植t服he付m冠ai唉n章co破mp绳on算en包t传of杜a辟m虫or礼e核sy努st皆em长at俭ic滨e通xp升os恰it伯io叛n,城i扰nc车lu划di默ng浆t老he担d共el输iv难er咳y洋by披t络he撕t刘ak速e-反up瓣s寄ys灶te局m,混t哀he氧w作ef删t聋in静se体rt堪io犬n至sy末st朱em啄a汉n掘d妈it芹s悦mo线to泡r苹dr禽iv旧e层co裁nt蚊ro桥l,词f阻au沈lt袍d很et图ec族ti里on朗a滋nd到m衡ak勇e库sp山ec忍if秩ic爱a茅na误ly绸si签s,轮w闷hi话l裂e被th响e绪te卵ns句io射n绢on残t浓he搁l林oo谋m菜to钢m告ak碌e损de昼te狡ct归io坟n东of策t株he些w府ar夜p疗an匀d湾pr业om息pt详ly阵r搏ef蹦le奶ct否ed肿t蒸o户th葛e果mi艇cr腥oc膝on专tr猪ol装le筒r.售S降en嫌t寒by瞧t姿he映t鄙ak狠e-哈up哪m痒ot呆or腿w轿it却h偷br笨us折hl申es排s评DC篮m视ot酿or弄t柴o沈co相mp楼le嗓te置,亡an初d脖un屑de缎r至th誓e术c石on最tr洞ol帜o应f器th鞠e樱mi司cr斩op羡ro粱ce缺ss寒or永t挥o处ac敢hi糕ev漠e破sy诵nc谁hr父on疏ou琴s蛇op劳er谢at眯io都n既se倾nt装b裳y辉th添e轧t争ak滤e-讨up宇,愤ma扬in静ta欲in旁c得on姜st盐an的t刷te黄ns剃io煤n.颤W索ef饮t持ch药io暗ce仪毕th播re显e-率ph翁as岗e绝hy衰br叉id昨s衣te展pp参in缸g穿mo乱to拍r弟mo均to株r拖.缴Fi酒rs仓tl没y,足t旦he咳t姐ex绳ti陡le味m捎ac济hi验ne所a舍nd苏e及le楚ct努ri粥c娇co历nt尝ro雕l葬pa篮rt虾o弓f手it糠s剩ov拼er拿al傍l披de摆si懂gn效m孕ad零e骂to都m律ak涝e烟a弄n殃ov开er肠vi固ew饮,友an牙d撞th幅en凝t粱he兵m毁ai那n虏pa静rt析o订f巾th坊e清de吐si卷gn涝,翅th汽e腿fi枪rs掌t易of乞t侦he两t朗hr朵ee道-p锹h侧as父e堡re谁ct秆if躺ie猎r,逃t绒he算f山il寿te迎r敲wa贸s五de毁si龄gn病ed摸a导nd麻c拍al隔cu爽la抹te搭d累to泡m牌ak等e羽th绑e关se妥le匪ct切io训n秩of森r我ec隙ti抵fi钻er着d见io民de扩s做an椅d方fi胃lt侄er鱼c讯ap竞ac秧it骗or联s壁el淡ec擦ti尚on锦.活I深n助th肢is户p苏ap智er漏,转se夕nt助b阻y货th辣e救ta星ke尾-u贸p械mo绵to聋r轰an聪d喉we赶ft抱a跌r遍e公us稼in暑g修bi则po聋la宪r玻PW狱M波mo座to泽r祖co寄nt脾ro拆l,农s球el毅ec泽t萄th脾e缩MO宣SF响ET须a恶s北a并br祸id喊ge萍i竞nv味er菊te杂r茎s奏wi缴tc码hi妻ng昏d即ev旷ic火es冰.妥Se序nt刷b在y勇th牧e女mo政to阳r粘pa百rt朴o遮f夸th仍e躲IR装21程13浸d萌ri栗ve筒r止ch男ip南u惭se乏d擦to搏d愈ri耗ve帅t谅he宗s资wi舰tc膛hi久ng素d荣ev受ic杜es众.领Wh询il雁e灯te牙st择in妇g应th榆e抵ci盘rc逐ui静t,群t周he劣r巩ec舒ti郑fi陵er知o残ut院pu榨t丝pa行pe侍r付se讨nt娱b凝y怕th妄e船bu演s脊vo监lt鄙ag零e肢a类nd秀s巨ho脑rt根c派ir锈cu壤it斗s矛ta旱to驻r喊cu怕rr酱en扇t心wa胀s引de滤te犁ct领ed洋b新y题th驳e亚A/符D滚co拾nv伸er败si乱on阴s叹ig作na压l牺s阻to壮c正on另tr筋ol竞c捕hi辣p.斜W纳ef挎t窜pa叮rt勤o辰f扩a桥th秧re哀e-仰ph呈as腾e崖hy暖br电id输s婚te剩pp牧in音g盘mo茄to逃r夹dr旷iv初e专de即si丧gn六a心nd孙t戏es惰ti唇ng缴i环n叉de多ta躬il偷.鹅De殊si疾gn情b既y是"S代"贫Ty竹pe梅T途en再si稳on吃r牙oa鲁d夜wa跟rp治t深en阻si届on尼s喂en燥so挠r问de僻te轻ct艺io南n,玻w促il挖l督de败te苹ct活t老h跃e揪si唤gn绵al伙s蓝to池c部on王tr姻ol带c丧hi冒p敌DS考P全p描ro蝴ce慰ss闲in屑g,次i蒸f辫th歌e墓te峡ns拔io栽n合ex校ce饮ed康s些th云e零li是mi汇t甘va煮lu条e召of帖t猾he标s翠to环p颗si傅gn已al升i蔬s钳is邻su冒ed减.效F轧or碑t村he脏s要of屠tw受ar彼e辟de冶si雁gn洗p漫ar羊t偷on缠t恐he孩m同ai誓n信lo示om棍c仔on圣tr葡ol拦,孩te膝ns闭io卫n至ad怠ju锅st流me脾nt衡a软nd然l伯et迎-o拦ff疫m脖ot河or午s较ta刺rt夏er蔑s殖su沙br透ou快ti拼ne猛s萌ub扶ro凝ut汽in也e悄to悬m降ak亿e尽th盐e测de姜si纷gn腔.制Ap愧p绳li观ca播ti最on映o张f用MA击TL卖AB扶t恳o铃th支e柜PW机M画in产ve页rt喘er笼a朗nd天b贵ru删sh武le戏ss略D厌C家mo授to喂r样co郊nt纺ro槽l话pa厨rt嘉猴of么t梢he横s长im夺ul雕at粒io坛n.誉Ke常y寻wo违rd奶s沸r斑ap岂ie铲r倦b廊ru啦sh尿le武ss雄D已C斧mo欧to烛r到hy辰br来id港s派te昏pp邮in找g虽mo答to庸r冬d山ri王ve鬼r目录缴摘蹲要锡墓I今Ab为st使ra称ct左节II冠第1爹章纵绪厦论捡惜1碗1.强1缓纺织潜机的岭概述谊鸽1这1.针1.裙1煌纺织科业的乡发展肃符1良1.合1.鞋2应纺织匆机的浆概念蛙及分夺类坏妄2驴1.育2补剑杆说织机裹发展絮趋势兴馆4骆1.亩3门纺织亡机中衫自动盼控制亏的应棒用踩丹5蹦第2狮章涝自动帜纺织顽机电款控系蛛统设炼计方笛案壶欠6令2.悉1愚织棉机的马基本烫组成幼部分娘和织尽造原售理挑挖6惑2.敏2盖织机衣电控促系统诉设计辉格8恐第3夏章滤硬件敏设计储倍11恩3.拐1微送经旁卷取关控制凯系统号设计肥观11香3.警2昆送经尿电机喊的选锁取予狠11胀3.余3俊送经盗电机再驱动咬设计垃基14唉3.循3.脖1颂整流佳电路盒设计辣徒14纪3.叮3.著2详逆变漆电路邻设计蔑犯16练3.诚3.嫩3侦驱动型电路棉设计宅近17拼3.训4哲检测历电路拌爹18赠3.聪4.向1累电机骄电流篮检测筋电路愁残18酬3.亩4.助2露整流左输计出电叹压监念测电袭路戏连2棉0改3.淹4.良3哀转子掩位置亡检测善电路悠祝21老3.贪5革引纬涛系统俩呀2票3杂3.收5.露1址引纬现电机仁的选供择朴括23行3.酸5.晋2普步进苹电机尤的驱钉动控捎制厕切2吴5氏3.眯5.警3叹MO陶SF纪ET睛的驱农动电蜂路僻霜26悠3.范5.既4励步进鉴电机龄电流脆检测腐电路雀端27蔽3.谅6公张力危信号鞋测量哪电路持设计窝狸28吩3.蚂7灰刹车抓系统烂设计世被29红3.摘8觉电源尼设计合次30舱第4症章站软件犯设计访轻32执4.具1挥软件根设计比总体原方案树伍32房4.般2切主程蜻序略垮33倍4.屿3喊张力峡调节沫子程凝序手且34肢4.旷4侦送经姑电机链启动悲子程封序世菜37牛第5灭章胡仿真独系统隶设计洽鸡39暮5.旧1呀MA削TL鹅A畅B简棒介揭熊39浓5.畏2寒逆变乒电路萍的仿址真分始析扫段39拆5.迅3情无刷管直流剖电机最仿真逐系统闻提42舰经济辟性分欢析修秘46歪总结蜜僵47紫致谢已移48咏参考禽文献坟稍49牙CO慧NT际EI纳NT跪S鼓Ab亚st吸ra挑ct孩(c掠hi餐ne趟se梦)回萍I圈Ab莫st脑ra吸ct笔铁II遭Ch材ap聋te说r领1推In腔tr赴od杠uc犹ti牵on俗翅1左1.导1关Ov价er索vi纽ew贷o沸f演te豪xt秀il帽e砍ma脂ch伙in赔es徐范1死1.邮1.住1输Te蛇xt歪il隐e蚁in帽du偷st血ry葵论1垃1.循1.租2窑Co带nc胆ep畏ts洁a俭nd宰c摆at遭eg斯or忆ie骄s烫of药t散ex全ti疯le茧m黑a克ch最in克es拒摸2馒1.辉2由Ra灶pi垒er喂o掏f警tr遮en祸ds会沫4蚂1.泡3闭Au趴to骑ma奇ti宴c符co绸nt麦ro鼓l客of避T屈ex时ti幻le累M大ac扎hi除ne渠彼5帝Ch特ap贿te阀r批2毕El潜ec苏tr欲ic溪c徒on肃tr溪ol耽s屋ys反te拼m哈de蜘si逼gn动o凑f书Au滑to看ma俩ti隐c薄te歪xt谢il泼e些凶6均2.运1茶Th苍e毅ba闲si倒c寸co杆mp幼on独en脱ts舱a耽nd粪w狼ea驶vi武ng献p族ri膀nc旁ip昨le紫o蛇f香te僚xt咬il们e男ma任ch租in她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通织物的织造系统的先锋，高达5500m/min的投纬速度赋予了这款机型数倍于传统的单相高速织机的性能潜力。即使在如此高的投纬速度下，投入的纬纱仍保持了连续且均一的速度为22m/s，因此纬纱的负荷被显著降低了。1.2剑杆织机发展趋势在现代纺织工业中，用新型织机替代有梭织机是发展织机工业的重要课题。剑杆织机是无梭织机中适用性最强、使用最多的一种织机。近几年来，国际上的剑杆织机的发展趋势可以概括为：高速化、智能化、高可靠性和多样性，以适应纺织物小批量、多品种和高质量的需要。主要表现在以下几个方面[2-3]：(1)计算机技术的应用：剑杆织机技术具有革命性的发展是原动力技术的发展。与计算机技术相关联的自动控制技术的发展，使织机的原动力技术有了根本性的变化，加上无刷直流电机、步进电机等的应用，可使织机的速率在较大的范围内变化，以适应各种纱线和织物织造技术的要求。(2)织造工艺技术的改进：新颖的原动力技术和计算机控制技术同样促进了织造技术的进一步改进，例如受控的纬纱张力器的应用，使引纬变成更积极的过程，这样减少了纬纱的应力，使现代化的剑杆织造技术更适用于纤细及易受损的纬纱。(3)送经卷取系统的改进：送经装置和卷取装置均为单独传动，并应用微电脑和电子耦合技术，可随时调整织机在运转过程中经线的张力和纬纱密度，确保织物的优质化。(4)自动处理断纬技术：通过断纬自动处理装置，减少织机停台时间，提高织造的有效率。我国剑杆织机研究工作起步较晚，织机机电一体化产品产量少而且面窄，总体设计水平不高，特别是在自动化控制方面与国外先进水平还有相当大的差距，国内的高档剑杆织机市场主要被国外织机占有。国产剑杆织机如何加强电子技术的应用，提高产品质量和竞争力，降低劳动强度．提高劳动生产率，是我国织机的一个主要的问题和发展方向。目前，采用计算机控制，实现人机对话，完成各种控制功能，是高档剑杆织机标志和发展趋势。而送经卷取系统作为新型织机的通用性的运动装簧，对提高剑杆织机的织造速度和运转效率，改善织物质量，具有重要意义。当前随着科学时代的发展，高新科技正在迅速地向纺织工业渗透，成为改造传统纺织工业的巨大力量。机电一体化和计算机技术的广泛应用，为纺织设备实现优质、高效、自动化、连续化创造了极为有利的条件。1.3纺织机中自动控制的应用80年代后，开始用单片或单板计算机作分散控制，用微型计算机或超级微型计算机作集中监测控制。计算机群控以及同自动化管理相结合的计算机网络相继建立起来。纺织自动化的发展，推动了纺织业的高速发展。现在纺织机逐渐实现自动化即将电子技术和计算机技术应用于纺织设备，使之成为具有高速、高效的机、电一体化的自动化单机或联合机。如配有计算机控制装置的化纤弹力丝机,配有检测仪器。通过微机控制的烧毛机。还有自动轧纹版机、自动抓棉机、自动络筒机、自动穿经机、自动卷染机、自动缫丝机、自动横机等。国外先进的纺织设备已普遍采用电子技术。如配有电子清纱器，自动拈接器，自动计长、自动换管、自动落筒和自动监控的络纱机，具有按钮开停车、电子控制传动、定位制动、电子探纬、选纬、送经、自动采集数据的喷气、剑杆片梭等新型织机。目前的纺织机有两种控制方式，一种是硬件控制，一种是软件编程控制，两者比较之下，硬件控制的成本较低，但机器的设计电路复杂不宜调节，变动性生硬，不易修复，且机器寿命不长；而用软件编程控制可靠性好，易于控制、故障易修复但是成本较高。本课题主要采用软件编程控制容易实现。第2章自动纺织机电控系统设计方案2.1织机的基本组成部分和织造原理一台织机主要由开口装置（凸轮开口、电子多臂开口、曲柄开口）、引纬装置（梭子引纬、喷水引纬、剑杆引纬、喷气引纬片梭等）、打纬装置、送经装置和卷取装置等五个核心组成部分。这五个核心部分就组成了一台织机的五大运动：开口（也称为提综）、引纬、打纬、送经和卷取。经纬纱线在织机上整个交织形成织物的过程，是通过以五大运动过程实现的。织机的其他辅助装置有：启制动装置、断经纱断纬纱自停装置、选纬器、储纬器和布边装置等[4]。1．卷取和送经运动为了保证织造生产过程的连续进行，纬纱被打入织口形成织物后，必须按照织物纬密的要求将织物引离织口，卷绕到卷布辊上；同时，经纱轴上必须放出相应长度的经纱，使经纬纱不断地进行交织。这就形成了织机的另外两大主要运动：卷取和送经。卷取运动中主要的一点是必须按照织物的纬密要求进行卷取辊转动速度的设定；而送经运动重要的一点是必须合理控制经纱的张力，使织造过程中经纱张力波动稳定，防止经纱断裂和经纱张力波动大而形成的疵点。卷取和送经有机械式和电子式两种。机械卷取是通过传动齿轮和减速齿轮箱将主轴和卷取辊联动起来，主轴转一周打一次纬，相应的，卷取辊转过一定角度。通过改变传动齿轮的齿数，可以在很大的一个范围内进行纬密的设定。机械送经是通过连杆、凸轮传动的方式，在一个主轴回转周期内，经纱张力大的时候织轴放送经纱，张力小的时候停止放送经纱。当织机生产不同的织物时，必须调整送经装置的机械参数，以适应不同经纱的不同张力。电子卷取是用微电脑控制的新型卷取装置。这种卷取机构中，采用了单独的直流伺服电机作为动力源，通过减速轮系驱动卷取辊对织物进行卷取。减速轮系的各个齿轮都是固定的，不必根据织物的纬密要求而变更。织造过程中，通过控制器来控制伺服电机的电压，改变电动机转速，从而实现纬密的变化。通过程序参数的设定就可以适应不同织物的纬密，十分方便。电子送经也是通过独立的直流伺服电机来作为动力源，使用张力传感器来检测经纱的张力，检测信号作为负反馈信号，通过闭环控制，保证送经调节的准确性，克服机械特性软，线性区小的缺陷。即当张力很大时，微电脑控制伺服电机正转送经，减少张力；当张力很小时，微电脑控制伺服电机反转卷经，增大张力。这样，织造的过程中，经纱的张力比较平衡。在织轴传动部分中，送经电机通过齿轮、蜗杆轴、涡轮、送经齿轮、织轴编码盘齿轮等一系列机械部件，带动经纱轴转动。另外，在无梭织机中还有一个十分重要的运动即绞边运动。在有梭织机中，纬纱是连续的，在梭子的来回运动中会自动形成布边。而在无梭织机中，每次引纬后，纬纱都被剪断，这就容易造成布两边的经纱容易外泄。为了纺织这种情况的发生，必须使用绞边装置将布边上的经纱“锁住”。在较高档织机上，一般采用电子旋转式纱罗边绞边装置，程序控制绞边方式。2．引纬运动剑杆织机的引纬和打纬机构均为纺织机主轴带动的机械式运动机构。引纬方式主要由两大类：有梭引纬和无梭引纬。无梭引纬是利用高速射流(如空气、水)或体积小、重量轻的引纬器来牵引纬纱通过梭口，无梭引纬的特点是：(1)射流引纬器的质量减轻，使织机速度有可能大幅度提高，特别是以流体作为引纬工质时，织机的主轴转速可达到1000r/min以上；织物幅宽也得到成倍的扩大，片梭织机的幅宽已经达5.4m。(2)引纬射流和引纬器具有很小的截面尺寸，因此筘座动程和经纱开口高度得到了相当的缩小，从而对经