【正文】 ................. 11 電機(jī)的輸出力矩計(jì)算 .................................................................................. 11 電機(jī)選型 ...................................................................................................... 13 驅(qū)動(dòng)方案 ................................................................................................................ 16 橋式逆變電路 ............................................................................................. 16 驅(qū)動(dòng)芯片 ..................................................................................................... 17 驅(qū)動(dòng)框架 ..................................................................................................... 19 第三章 測量元件 ........................................................................................................ 20 傳感器介紹 ............................................................................................................ 20 旋轉(zhuǎn)變壓器 .................................................................................................. 20 感應(yīng)同步器 .................................................................................................. 23 編碼器 encoder ............................................................................................ 24 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 3 光柵 grating ................................................................................................. 25 霍爾電流傳感器 Hall Current Sensor......................................................... 26 測量元件選型 ........................................................................................................ 27 位置測量 ...................................................................................................... 27 速度測量 ...................................................................................................... 31 電流測量 ...................................................................................................... 32 第四章 控制系統(tǒng) ........................................................................................................ 34 三閉環(huán) PID 控制策略 ........................................................................................... 34 制動(dòng)方式 ................................................................................................................ 35 工業(yè)縫紉機(jī)制動(dòng)方法介紹 .......................................................................... 35 制動(dòng)方式選擇 .............................................................................................. 35 第五章 總結(jié) ................................................................................................................ 37 系統(tǒng)評價(jià)與結(jié)論： ................................................................................................ 37 參考資料： ............................................................................................................ 37 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 4 第 1 章 緒言 工業(yè)縫紉機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展 工業(yè)縫紉機(jī)的市場前景 縫紉機(jī)是制衣成套設(shè)備這個(gè)大家庭中最大的家族，也是最古老、應(yīng)用面最廣的門類。德國百福、美國勝家公司和日本勝家日鋼相繼倒閉停產(chǎn)，杜可普、重機(jī)等主要廠家裁減人員。隨著交流伺服電動(dòng)機(jī)的大量應(yīng)用，其他兩類產(chǎn)品的市場份額逐漸下降。 缺點(diǎn)是高速區(qū)調(diào)速特性軟，不能全速運(yùn)行；低速區(qū)調(diào)速效率比較低。目前，市場上又出 現(xiàn)了一種新的產(chǎn)品，是在交流伺服電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，采用異步電動(dòng)機(jī)，去掉一些復(fù)雜的功能，僅保留了無級調(diào)速、定針和剪線等功能，成本大大降低，滿足了中高檔工業(yè)縫紉機(jī)對自動(dòng)控制功能、節(jié)能和控制成本的綜合要求。 圖 S7300A工業(yè)縫紉機(jī) 圖 刺線裝置結(jié)構(gòu)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 7 需求分析與性能指標(biāo) 表 是 S7300A的基本參數(shù)表，參照此縫紉機(jī)的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)參照一些文獻(xiàn)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，我們列出了如下指標(biāo)要求。 縫紉速度起碼能達(dá)到 2020 sti/min。通電后，電動(dòng)機(jī)一直在運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)離合器合上，帶動(dòng)縫紉機(jī)工作，松開離合器，靠剎車片的摩擦，縫紉機(jī)快速剎車。、 176。 但是永磁交流電機(jī)還分為無刷直流電機(jī)（ BLDCM）和永磁同步電機(jī)（ PMSM），目前市場上的趨勢是無刷直流電機(jī)正在取代傳統(tǒng)的離合式縫紉機(jī)，之所以主流不是 PMSM，是因?yàn)?PMSM 的控制器成本太高，更適合于高精度驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，普通的中高檔的工業(yè)縫紉機(jī)無需采用 PMSM 電機(jī)。其中，同步輪為圖中的 13 號零件，哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 11 同步帶為圖中的 14 號零件。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，縫紉機(jī)電機(jī)的額定力矩一般為：夏裝、薄布料 左右，冬裝、厚布料、鞋類要求 左右。 首先計(jì)算啟動(dòng)力矩，根據(jù)之前的計(jì)算可得 然后是制動(dòng)力矩，制動(dòng)階段的加速度 則 設(shè)縫紉機(jī)的平均每 6s 停車一次，即單次工作 200 針，然后歇停 ，則 圖 電機(jī)連續(xù)運(yùn)行 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 15 參照表 ， TM90— A0421 電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是 ，滿足 200ms內(nèi)快速啟動(dòng)的需求；額定轉(zhuǎn)速為 2020 rpm ，滿足之前計(jì)算所得的 3000 sti/min 的縫紉速度需求。 圖 NTD32N06 型號 MOSFET 圖 MOSFET橋式逆變電路 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 17 為了使 BLDC 電機(jī)速度可變，必須在繞組的兩端加可變電壓。首先，供電電壓 V+的范圍是 20V 40V，邏輯電壓VDD=16V，內(nèi)部參考電壓 VREF=，如下是對圖中比較重要的引腳進(jìn)行的說明： Pins 13： INA, INB, INC 換相傳感器輸入 圖 SI9979芯片電路模塊圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 18 Pin 4: 60/120 傳感器 60176。由于 Si9979 內(nèi)部邏輯變換需要數(shù)字輸入，因此電動(dòng)機(jī)輸出霍爾位置信號需要在輸入 Si9979 之前轉(zhuǎn)換成 TTL兼容的方波信號。從原理上看，是一種可以旋轉(zhuǎn)的變壓器，原邊、副邊在定子和轉(zhuǎn)子上。當(dāng) θ=45176。 缺點(diǎn)：精度較低。該電動(dòng)勢隨定尺和滑尺（對長感應(yīng)同步器而言）的相對位置不同呈正弦、余弦函數(shù)變化。 A. 增量式編碼器 1) 工作原理 將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。 3) 缺點(diǎn) 開機(jī)后先要尋零；在脈沖傳輸過程中，干擾產(chǎn)生累計(jì)誤差；需要計(jì)數(shù)器、速度受到一定限制。分為檢測線位移的直線光柵和測量角度的回轉(zhuǎn)光柵（俗稱圓光柵）兩種。 C. 優(yōu)點(diǎn) 精度高（可用倍頻電路進(jìn)一步提高精度）；構(gòu)造簡單，成本較低；既適合位移也適合測速。 增量式編碼器直接將電機(jī)角度和位移的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸出有 A， B正交脈沖兩路，零脈沖 Z一路。 碼盤輸出為 A、 B、 Z三相輸出。首先 A脈沖輸入端為初始時(shí)刻設(shè)為 0的頻率可調(diào)的脈沖信號，這里假設(shè)周期為 T， B脈沖輸入端為初始時(shí)刻設(shè)為 T/4的與 A同頻率的脈沖信號，這樣滿足了 A脈沖超前 B脈沖90176。 D. 位置檢測方法 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)控制元件及線路課程設(shè)計(jì)說明說明書 30 使用增量式編碼器實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測的方法如下： 假定在旋轉(zhuǎn)過程中給定時(shí)間 T(s)內(nèi)碼盤給出脈沖數(shù)目為 m，則電機(jī)轉(zhuǎn)速 n(r/min)可表示為 式中： N為光電編碼盤每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)， N=480,T=10ms,因此 n與 m的關(guān)系為： 假定電機(jī)在靜止時(shí)轉(zhuǎn)子的初始位置角 (電角度 )是 ，電機(jī)的極對數(shù)為 p，則從靜止開始經(jīng)過時(shí)間 T(s)后的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置 (機(jī)械角 )與電機(jī)速度之間的關(guān)系為 若用電角度表示，則為 在第 i個(gè)采樣時(shí)間結(jié)束后，即第 i個(gè)采樣值為 式中： i為自然數(shù)； 為第 i個(gè)采樣周期的脈沖計(jì)數(shù)值。霍爾元件和光電碼盤的測速方法基本類似，都是在轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)很輕巧的傳感器，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信號通過霍爾元件或光電碼盤轉(zhuǎn)換為電脈沖，從而通過計(jì)算電脈沖的個(gè)數(shù)來測速。首尾兩個(gè)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)時(shí)可能產(chǎn)生誤差，誤差的大小為