高速缝制设备直驱智能伺服控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高速缝制设备直驱智能伺服控制系统。本发明专利技术目的是提供一种结构简单、体积小的高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，降低运转中传动环节的能量损耗、提高安全系数，同时能快速起动，精确控制电机停车位置，在待机时不会发生电机空转。技术方案是：该系统包括电源输入电路、电机驱动电路、ＣＰＵ控制模块、伺服控制器部件、人机界面电路和过流制动电路，所述电机驱动电路由智能功率模块和高速光耦构成；ＣＰＵ控制模块集成了数字信号处理器和可编程逻辑阵列；伺服控制器部件包括了直流伺服电机、光电编码器和同步器。本发明专利技术主要用于高速缝制设备，尤其是高速包缝机、绷缝机直驱伺服控制系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，主要用于高速缝制设备，尤其是高速包缝机、绷缝机直驱伺服控制系统。
技术介绍
我国是世界缝制设备生产大国，约有70%的缝制设备产自中国。我国服装行业的 缝纫机使用保有量在1000万台以上。在这些设备中，约有40%是包缝机和绷缝机，90%以 上的设备都是使用传统离合器电机的电力拖动方式。使用伺服控制系统，相比之下，可以节 能50% _60%、功效提高30%以上。 应用于特种缝制设备的伺服控制器，长期以来核心技术都是由发达国家所垄断， 价格昂贵。企业要花大量的资金购买伺服控制系统和相关的产品，制约了我国缝制设备机 电一体化的发展和综合实力提高。随着服装行业的发展，对生产设备的技术要求越来越高， 特别是高档针织服装和休闲服装的生产，对高速、高效、节能的设备需求量越来越大；而包 缝机和绷缝机是针织服装生产的关键设备。从目前市场应用情况看，除了有极少的进口设 备外，国内生产基本处于空白。该项技术的研究与应用，对我国的传统行业的技术改造、技 术进步与发展、自主技术的发展有重大的推进作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述存在的问题提供一种结构简单、体积小的 高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，降低运转中传动环节的能量损耗、提高安全系数，同 时能快速起动，精确控制电机停车位置，在待机时不会发生电机空转。 本专利技术所采用的技术方案是高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，其特征在于 该系统包括电源输入电路、电机驱动电路、CPU控制模块、伺服控制器部件、人机界面电路和 过流制动电路，所述电机驱动电路由智能功率模块和高速光耦构成；CPU控制模块集成了 数字信号处理器和可编程逻辑阵列；伺服控制器部件包括了直流伺服电机、光电编码器和 同步器，其中 电源输入电路，用于将220V的交流电压转化为300V的直流电压，供智能功率模块 使用； 电机驱动电路，用于驱动直流伺服电机； CPU控制模块，通过数字信号处理器和可编程逻辑阵列完成信号的接收、运算和指 令的输出； 伺服控制器部件中的光电编码器用于感应电机输出轴的位置和速度，并直接传输 给数字信号处理器；同时，伺服控制器部件中的同步器用于感应上下针位，并传输给可编程 逻辑阵列； 人机界面电路，用于完成命令的输入、显示以及与CPU控制模块的通讯； 过流制动电路，用于比较从电机驱动电路输入的采样电压与开关电源内部的设定电压，并将比较结果传输至CPU控制模块，控制模块通过指令开启制动回路，进行制动放 电。 所述电源输入电路在桥式整流的输出端接有两个容量为330uF/450V的电容Q和C2 ; 所述电机驱动电路中的智能功率模块型号为IRAMX16UP60A，其六个引脚H1N1、 H1N2、 H1N3、 L1N1、 L1N2、 L1N3分别与六个高速光耦连接，六个高速光耦的另一端与数字信 号处理器的输出端P丽l P丽6相连；智能功率模块的三相输出U、V、W连接至直流伺服电 机。 所述光电编码器通过3个位置信号发生器产生Sa、 Sb、 Sc和一个速度信号发生器产生M-Speed，以得到直流伺服电机转动特性，并经数据输出口 Sa、 Sb、 Sc、 A和B直接传输给数字信号处理器进行运算处理；所述同步器的两个针位信号输入口 SYN_UP和SYN_DOWN接收来自直流伺服电机4-l的上下针位信号并传输给可编程逻辑阵列。 用于感应3个位置信号和一个速度信号的光电编码器和用于感应上下针位信号的霍尔传感器安装在同一个线路板上，并装置于直流伺服电机的转轴上。 所述过流制动电路包括比较器IQ和开关电源，其中一个输入端IPMC经采样电阻Rt接智能功率模块的IC驱动芯片，另一个输入端IPMS接开关电源，比较器IQ的输出端连接至可编程逻辑阵列。 所述人机界面电路包括RS485通讯模块、单片机以及键盘和显示器，单片机的一 端与键盘和显示器相连，用于操作和显示，另一端经RS485通讯模块的RXD和TXD与可编程 逻辑阵列进行通讯。 所述直流伺服电机的转轴依次通过电机传动啮合机构和机头传动机构连接至缝 纫机机头。 所述电机传动啮合机构包括通过螺钉与直流伺服电机的转轴同轴连接的圆柱形 过渡件，该过渡件的连接端面上均匀布置三个与过渡件一体的插接块。 所述机头传动机构与缝纫机转轴同轴布置，且其中一个端面上开设三个与插接块 相配合的插接槽。 本专利技术的有益效果是专利技术以数字信号处理器、智能功率模块、可编程逻辑阵列为 平台，设计基于高速多任务调度的驱动系统和智能作业软件体系，通过对直驱式高速包缝 机、绷缝机的样机测试，达到8000rpm运转速度、2度的位置精度，远远超过缝制设备直接 驱动业界水平(6000rpm)，同时使振动从原来的350 y m降低至260 y m以下，并减少能量损 耗15%以上，解决了特种缝制设备高速运转情况下速度闭环控制高实时性、低功耗、噪音控 制、电磁干扰抑制、位置控制精度等关键技术；配置多种智能化功能，自动完成多项工序，提 高缝制运转工效；縮小了安装尺寸，节省原材料，实现整体微型化内嵌式环保节能设计，真 正实现降低工人劳动强度、改善生产环境、绿色环保的目的。 本专利技术将电机转轴和缝纫机转轴直接连接，相对于现有技术来说不仅省去了皮带 传动等复杂的传动机构，更降低了运转中传动环节的能量损耗，减小了运转时产生的振动， 提高了安全系数，而且由于电机与缝纫机头直接连接，使得缝纫机可以快速起动，精确控制 电机停车位置，在待机时不会发生电机空转，节能省电。附图说明 图1是本专利技术的系统电路框图。 图2是本专利技术中直流伺服电机的主视图。 图3是图2的左视图。 图4是图2的俯视图。 图5是本专利技术中缝纫机的侧面视图。 图6是图5的A-A剖视图。具体实施例方式如图1所示，本实施例高速缝制设备直驱智能伺服控制系统由电源输入电路1、电 机驱动电路2、 CPU控制模块3、伺服控制器部件4、人机界面电路5和过流制动电路6所组 成。 本专利技术中直驱伺服电机由于采用了电机同轴驱动的模式，将能耗比提升的同时存 在启动冲击过大的问题，本例的电机为直流伺服电机，因此在交流输入后电源输入电路1 中的桥式整流1-1将220V的交流电压转化为300V的直流电压，供智能功率模块2-1使用。 对于冲击过大的问题，本例采用了2个容量为330uF/450V的大电容Q和(:2，并配合继电器， 作为软启动电路，减小启动时的冲击电流。 所述电机驱动电路2用于驱动直流伺服电机4-1，电机驱动电路由智能功率模块 2-1和高速光耦2-2构成。智能功率模块2-1型号为IRAMX16UP60A，内部由6个IGBT分别 组成3个上桥和3个下桥的桥式电路和一个IC驱动芯片。从数字信号处理器3-1输出的6 个控制信号P丽l P丽6其中3个为3. 3V的高电平信号，3个为OV的低电平信号，该6个 信号经过6个高速光耦2-2(型号6N137)隔离后分别周期性的产生3个5V高电平信号和 3个0. 2V的低电平信号，信号直接传输给智能功率模块2-1的6个引脚H1N1、H1N2、H1N3、 L1N1、 L1N2、 L1N3，该6路信号经过智能功率模块2-1内的IC驱动芯片分别对6个IGBT产 生门极驱动电压，来依次开通6个IGBT，使在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，其特征在于该系统包括电源输入电路（１）、电机驱动电路（２）、ＣＰＵ控制模块（３）、伺服控制器部件（４）、人机界面电路（５）和过流制动电路（６），所述电机驱动电路（２）由智能功率模块（２－１）和高速光耦（２－２）构成；ＣＰＵ控制模块（３）集成了数字信号处理器（３－１）和可编程逻辑阵列（３－２）；伺服控制器部件（４）包括了直流伺服电机（４－１）、光电编码器（４－２）和同步器（４－３），其中：　　电源输入电路（１），用于将２２０Ｖ的交流电压转化为３００Ｖ的直流电压，供智能功率模块（２－１）使用；　　电机驱动电路（２），用于驱动直流伺服电机（４－１）；　　ＣＰＵ控制模块（３），通过数字信号处理器（３－１）和可编程逻辑阵列（３－２）完成信号的接收、运算和指令的输出；　　伺服控制器部件（４）中的光电编码器（４－２）用于感应电机输出轴的位置和速度，并直接传输给数字信号处理器（３－１）；同时，伺服控制器部件（４）中的同步器（４－３）用于感应上下针位，并传输给可编程逻辑阵列（３－２）；　　人机界面电路（５），用于完成命令的输入、显示以及与ＣＰＵ控制模块（３）的通讯；　　过流制动电路（６），用于比较从电机驱动电路（２）输入的采样电压与开关电源（６－１）内部的设定电压，并将比较结果传输至ＣＰＵ控制模块（３），控制模块通过指令开启制动回路，进行制动放电。...

【技术特征摘要】
一种高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，其特征在于该系统包括电源输入电路(1)、电机驱动电路(2)、CPU控制模块(3)、伺服控制器部件(4)、人机界面电路(5)和过流制动电路(6)，所述电机驱动电路(2)由智能功率模块(2-1)和高速光耦(2-2)构成；CPU控制模块(3)集成了数字信号处理器(3-1)和可编程逻辑阵列(3-2)；伺服控制器部件(4)包括了直流伺服电机(4-1)、光电编码器(4-2)和同步器(4-3)，其中电源输入电路(1)，用于将220V的交流电压转化为300V的直流电压，供智能功率模块(2-1)使用；电机驱动电路(2)，用于驱动直流伺服电机(4-1)；CPU控制模块(3)，通过数字信号处理器(3-1)和可编程逻辑阵列(3-2)完成信号的接收、运算和指令的输出；伺服控制器部件(4)中的光电编码器(4-2)用于感应电机输出轴的位置和速度，并直接传输给数字信号处理器(3-1)；同时，伺服控制器部件(4)中的同步器(4-3)用于感应上下针位，并传输给可编程逻辑阵列(3-2)；人机界面电路(5)，用于完成命令的输入、显示以及与CPU控制模块(3)的通讯；过流制动电路(6)，用于比较从电机驱动电路(2)输入的采样电压与开关电源(6-1)内部的设定电压，并将比较结果传输至CPU控制模块(3)，控制模块通过指令开启制动回路，进行制动放电。2. 根据权利要求1所述的高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，其特征在于所述电 源输入电路(1)在桥式整流(1-1)的输出端接有两个容量为330uF/450V的电容Q和C2。3. 根据权利要求1所述的高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，其特征在于所述电 机驱动电路(2)中的智能功率模块(2-1)型号为IRAMX16UP60A，其六个引脚H1N1、 H1N2、 H1N3、L1N1、L1N2、L1N3分别与六个高速光耦(2-2)连接，六个高速光耦的另一端与数字信 号处理器(3-1)的输出端P丽1 P丽6相连；智能功率模块(2-1)的三相输出U、V、W连接 至直流伺服电机(4-1)。4. 根据权利要求1所述的高速缝制设备直驱智能伺服控制系统，其特征在于所述 光电编码器(4-2)通过3个位置信号发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚卡，李志军，何恬，许伟杰，蒋中武，杞晓航，胡海强，
申请(专利权)人：杭州励磁自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]