【正文】 ................. 11 電機的輸出力矩計算 .................................................................................. 11 電機選型 ...................................................................................................... 13 驅動方案 ................................................................................................................ 16 橋式逆變電路 ............................................................................................. 16 驅動芯片 ..................................................................................................... 17 驅動框架 ..................................................................................................... 19 第三章 測量元件 ........................................................................................................ 20 傳感器介紹 ............................................................................................................ 20 旋轉變壓器 .................................................................................................. 20 感應同步器 .................................................................................................. 23 編碼器 encoder ............................................................................................ 24 哈爾濱工業(yè)大學 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 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 制動方式 ................................................................................................................ 35 工業(yè)縫紉機制動方法介紹 .......................................................................... 35 制動方式選擇 .............................................................................................. 35 第五章 總結 ................................................................................................................ 37 系統(tǒng)評價與結論： ................................................................................................ 37 參考資料： ............................................................................................................ 37 哈爾濱工業(yè)大學 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 4 第 1 章 緒言 工業(yè)縫紉機的現(xiàn)狀與發(fā)展 工業(yè)縫紉機的市場前景 縫紉機是制衣成套設備這個大家庭中最大的家族，也是最古老、應用面最廣的門類。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、重機等主要廠家裁減人員。隨著交流伺服電動機的大量應用，其他兩類產(chǎn)品的市場份額逐漸下降。 缺點是高速區(qū)調速特性軟，不能全速運行；低速區(qū)調速效率比較低。目前，市場上又出 現(xiàn)了一種新的產(chǎn)品，是在交流伺服電動機的基礎上，采用異步電動機，去掉一些復雜的功能，僅保留了無級調速、定針和剪線等功能，成本大大降低，滿足了中高檔工業(yè)縫紉機對自動控制功能、節(jié)能和控制成本的綜合要求。 圖 S7300A工業(yè)縫紉機 圖 刺線裝置結構圖 哈爾濱工業(yè)大學 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 7 需求分析與性能指標 表 是 S7300A的基本參數(shù)表，參照此縫紉機的相關參數(shù)，同時參照一些文獻的設計指標，我們列出了如下指標要求。 縫紉速度起碼能達到 2020 sti/min。通電后，電動機一直在運轉，當離合器合上，帶動縫紉機工作，松開離合器，靠剎車片的摩擦，縫紉機快速剎車。、 176。 但是永磁交流電機還分為無刷直流電機（ BLDCM）和永磁同步電機（ PMSM），目前市場上的趨勢是無刷直流電機正在取代傳統(tǒng)的離合式縫紉機，之所以主流不是 PMSM，是因為 PMSM 的控制器成本太高，更適合于高精度驅動伺服系統(tǒng)，普通的中高檔的工業(yè)縫紉機無需采用 PMSM 電機。其中，同步輪為圖中的 13 號零件，哈爾濱工業(yè)大學 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 11 同步帶為圖中的 14 號零件。根據(jù)經(jīng)驗，縫紉機電機的額定力矩一般為：夏裝、薄布料 左右，冬裝、厚布料、鞋類要求 左右。 首先計算啟動力矩，根據(jù)之前的計算可得 然后是制動力矩，制動階段的加速度 則 設縫紉機的平均每 6s 停車一次，即單次工作 200 針，然后歇停 ，則 圖 電機連續(xù)運行 哈爾濱工業(yè)大學 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 15 參照表 ， TM90— A0421 電機的起動轉矩是 ，滿足 200ms內快速啟動的需求；額定轉速為 2020 rpm ，滿足之前計算所得的 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 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 17 為了使 BLDC 電機速度可變，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，內部參考電壓 VREF=，如下是對圖中比較重要的引腳進行的說明： 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 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 18 Pin 4: 60/120 傳感器 60176。由于 Si9979 內部邏輯變換需要數(shù)字輸入，因此電動機輸出霍爾位置信號需要在輸入 Si9979 之前轉換成 TTL兼容的方波信號。從原理上看，是一種可以旋轉的變壓器，原邊、副邊在定子和轉子上。當 θ=45176。 缺點：精度較低。該電動勢隨定尺和滑尺（對長感應同步器而言）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 將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。 3) 缺點 開機后先要尋零；在脈沖傳輸過程中，干擾產(chǎn)生累計誤差；需要計數(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光柵（俗稱圓光柵）兩種。 C. 優(yōu)點 精度高（可用倍頻電路進一步提高精度）；構造簡單，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角度和位移的模擬信號轉換為數(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刻設為 0的頻率可調的脈沖信號，這里假設周期為 T， B脈沖輸入端為初始時刻設為 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 自動控制元件及線路課程設計說明說明書 30 使用增量式編碼器實現(xiàn)電機轉子位置檢測的方法如下： 假定在旋轉過程中給定時間 T(s)內碼盤給出脈沖數(shù)目為 m，則電機轉速 n(r/min)可表示為 式中： N為光電編碼盤每轉輸出的脈沖數(shù)， N=480,T=10ms,因此 n與 m的關系為： 假定電機在靜止時轉子的初始位置角 (電角度 )是 ，電機的極對數(shù)為 p，則從靜止開始經(jīng)過時間 T(s)后的電機轉子位置 (機械角 )與電機速度之間的關系為 若用電角度表示，則為 在第 i個采樣時間結束后，即第 i個采樣值為 式中： i為自然數(shù)； 為第 i個采樣周期的脈沖計數(shù)值。霍爾元件和光電碼盤的測速方法基本類似，都是在轉軸上安裝一個很輕巧的傳感器，將電機的轉動信號通過霍爾元件或光電碼盤轉換為電脈沖，從而通過計算電脈沖的個數(shù)來測速。首尾兩個時鐘脈沖計數(shù)時可能產(chǎn)生誤差，誤差的大小為