基于DSP的工业缝纫机伺服控制系统研究

论文摘要

随着服装业的兴起,对缝制设备的需求量也越来越大。在不断追求缝制质量和速度的前提下,具有较高自动化水平的工业缝纫机越来越受到市场的青睐。因此,结合工程应用实际,开展了工业缝纫机伺服控制系统的研发工作,具有重要的工程应用价值。本文对基于DSP和永磁同步电动机驱动的工业缝纫机伺服控制系统进行设计和开发。论文根据工业缝纫机的应用需求,设计了以DSP为核心控制器和永磁同步电动机的驱动的伺服控制系统总体方案。在分析永磁同步电动机的结构和特点的基础上,建立了永磁同步电动机(PMSM)数学模型,深入研究了基于磁场定向的矢量控制基本原理,以及空间电压矢量(SVPWM)的控制算法。并根据工业缝纫机动静态性能的要求,设计了位置、速度、电流三闭环的伺服控制结构。论文还对系统的精确定位进行了分析,提出了能耗制动和反接制动相结合的方法,很好地解决了系统快速停车的问题。论文给出了工业缝纫机伺服控制系统硬件和软件设计。硬件部分,采用TI公司的电机控制专用DSP芯片TMS320LF2406作为主控芯片,设计了功率驱动电路、电源主电路、电流检测电路、位置／速度检测电路、脚踏板控制电路、电磁铁驱动电路、人机接口及串行通讯电路等。软件部分利用模块化设计思想,采用C语言和汇编语言设计了系统控制程序,文中给出了各个模块的流程图。论文还讨论了系统软硬件抗干扰的措施。本文设计的基于DSP的工业缝纫机伺服控制系统,实现了自动剪线、自动扫线、自动加固缝及抬压脚等功能,具有精度高、稳定性好、噪音小的特点。测试结果表明,所设计的伺服系统完全能够满足缝纫要求,且性价比高,具有良好的市场前景。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 工业缝纫机的发展现状

1.3 伺服系统的发展过程及其趋势

1.4 永磁同步电动机交流伺服系统概述

1.5 论文研究的内容及结构

2 工业缝纫机伺服控制系统设计方案

2.1 工业缝纫机的结构和工作原理

2.2 工业缝纫机伺服控制系统性能指标

2.3 工业缝纫机伺服控制系统总体设计方案

2.3.1 工业缝纫机伺服控制系统组成

2.3.2 脚踏板控制器

2.3.3 自动切线扫线功能

2.3.4 自动倒缝功能

2.4 伺服电机的选择

2.5 编码器的选择

2.6 工业缝纫机系统的制动方式

2.7 工业缝纫机的精确定位控制

2.8 工业缝纫机伺服控制策略

2.8.1 系统控制方案

2.8.2 电流环、速度环的调节

2.9 本章小结

3 永磁同步电机的数学模型和矢量控制方法

3.1 永磁同步电动机的结构

3.2 永磁同步电动机的数学模型

3.2.1 永磁同步电动机在定子坐标系（A,B,C）上的模型方程

3.2.2 永磁同步电动机在转子旋转坐标系（d,q）上的模型方程

3.3 永磁同步电动机按磁场定向的矢量控制

3.4 电压空间矢量脉宽调制技术

3.5 利用TMS320LF2406实现SVPWM算法

3.6 本章小结

4 工业缝纫机伺服控制系统硬件设计

4.1 系统硬件电路总体结构

4.2 DSP芯片TMS320LF2406 A外围电路设计

4.2.1 DSP芯片TMS320LF2406A芯片

4.2.2 电流检测电路

4.2.3 速度位置检测电路

4.3 功率驱动电路

4.3.1 整流滤波电路

4.3.2 功率变换器件

4.3.3 功率驱动电路

4.3.4 制动过程放电电路

4.4 其他外围电路

4.4.1 机头同步定位器电路

4.4.2 电磁铁驱动电路

4.4.3 脚踏板调速电路

4.4.4 脚踏板调速器开关信号

4.4.5 操作面板电路

4.4.6 系统电源电路

4.4.7 保护电路

4.5 系统抗干扰硬件设计

4.6 本章小结

5 工业缝纫机控制系统软件设计

5.1 DSP软件开发介绍

5.1.1 系统软件概述

5.1.2 DSP的软件开发方法

5.1.3 系统软件设计

5.2 系统主程序

5.3 矢量控制策略的实现

5.4 缝纫模式程序

5.4.1 自由缝模式

5.4.2 自动定针缝功能

5.4.3 W缝模式

5.4.4 商标缝模式

5.5 操作面板程序

5.6 电机制动程序

5.7 错误处理程序

5.8 系统软件抗干扰的措施

5.9 本章小结

6 系统测试与分析

6.1 主要设备和实物照片

6.2 起动试验结果

6.3 定位精度测试结果

6.4 制动试验结果

6.5 实验波形图

6.6 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

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