專利名稱：具有反饋控制同步電機(jī)的用于織機(jī)的正紗線饋送機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有由電壓或速度控制的同步電機(jī)的、用于織機(jī)等的正紗線饋送機(jī)，尤其涉及一種用于所述紗線饋送機(jī)的反饋控制單元。
背景技術(shù)：
眾所周知，上述類型的紗線饋送機(jī)通常從線軸上拉動紗線，并且以受調(diào)節(jié)的速度和張力將紗線饋送至設(shè)置于下游的機(jī)器，諸如織機(jī)、編織機(jī)、絡(luò)紗機(jī)等等。饋送機(jī)包括一電機(jī)，諸如步進(jìn)電機(jī)、或者更有利的是無刷電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動一紗線饋送卷軸，大量紗線圈纏繞在該紗線饋送卷軸上。速度傳感器和/或位置傳感器結(jié)合至電機(jī)，從而允許通過反饋回路控制電機(jī)速度。尤其，由一電能供應(yīng)單元驅(qū)動電機(jī)，該電能供應(yīng)單元包括由一控制單元控制的一電子開關(guān)的電橋，該控制單元處理來自外部傳感器的多種信號，諸如紗線張力信號、來自電機(jī)傳動的電壓信號和/或電流信號、以及來自所述速度傳感器和/或位置傳感器的反饋信號。基于這些信號，控制單元循環(huán)地閉合電能供應(yīng)單元的開關(guān)，從而控制電機(jī)速度、以及因此正比于電機(jī)速度的紗線速度。
如同本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所周知的，在同步電機(jī)的特定情況下，必須測定轉(zhuǎn)子的瞬時位置，從而實施電機(jī)的反饋控制。尤其，位置的測量越準(zhǔn)確和明確，則隨著減少了眾所周知的轉(zhuǎn)矩“脈動”現(xiàn)象，用于電機(jī)的速度控制將會越準(zhǔn)確和均勻，該轉(zhuǎn)矩“脈動”現(xiàn)象限制了控制系統(tǒng)的通帶，從而影響了紗線饋送過程的精度，且因此在均勻的織物或網(wǎng)狀織物的中產(chǎn)生瑕疵。
因此，已知提供具有復(fù)雜的位置傳感器的正紗線饋送機(jī)，該復(fù)雜的位置傳感器具有位置檢測分辨率與卷軸直徑的高比值的特點。然而，這種高分辨率的傳感器非常昂貴，并且還具有其它的缺點，該缺點是包括與轉(zhuǎn)子整體地轉(zhuǎn)動的機(jī)械元件，因此增加了轉(zhuǎn)子的慣性矩，從而影響了電機(jī)加速/減速的響應(yīng)度。
通常用于提供有三相無刷電機(jī)的正紗線饋送機(jī)的、成本較低的控制系統(tǒng)利用了三個數(shù)字霍爾傳感器，這些傳感器設(shè)置于電機(jī)內(nèi)，并且為了發(fā)送位置信號而連接至控制單元。這種用于測量轉(zhuǎn)子角位置的系統(tǒng)的缺點是，它具有較低的分辨率，因此加劇了上述的脈動現(xiàn)象。實際上，通過組合來自三個傳感器的信號，每個機(jī)械回轉(zhuǎn)最多可識別6×N個角位置，這里N是極靴的對數(shù)。
國際申請第2004/038907A1號中公開了一種用于一與負(fù)紗線饋送裝置相關(guān)聯(lián)的永磁鐵、同步電機(jī)的矢量控制的傳感器系統(tǒng)。在此文件中，具有相同極性的部分永磁鐵由電機(jī)的轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動，并且繞360°均勻分配。沿著部分永磁鐵的軌道對準(zhǔn)的兩個固定霍爾傳感器沿轉(zhuǎn)動方向留間隔成，每個部分永磁鐵暫時地同時致動諸霍爾傳感器中的至少兩個。提供零永磁鐵14用于旁路通過諸霍爾傳感器中的至少一個。與轉(zhuǎn)子相關(guān)的部分永磁鐵增加了轉(zhuǎn)子的慣性矩，從而影響了電機(jī)的響應(yīng)度。
英國專利第2305033A號公開了一種無刷直流電機(jī)控制器，該無刷直流電機(jī)控制器具有電子開關(guān)來控制在電機(jī)每相中的電流。霍爾傳感器用于檢測電機(jī)的磁通量的某些位置。通過解碼霍爾傳感器的輸出而得到的換相電路的輸出，來打開或關(guān)上開關(guān)。一相復(fù)位電壓控制振蕩器預(yù)期到諸傳感器項目之間的角度，并且將該角度與一開始角度和一設(shè)為用于最大能量輸出的角度相比較。然后，該比較結(jié)果用于一門控雙穩(wěn)態(tài)電路中，從而產(chǎn)生開關(guān)控制信號。基于周期的相修正回路通過一相前期控制來控制一換相邏輯電路，該換相邏輯電路改變電機(jī)的相，而電機(jī)是受PWM控制的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是，提高在位置檢測系統(tǒng)中使用諸如數(shù)字霍爾傳感器之類的一簡單設(shè)計的片狀位置傳感器而進(jìn)行的速度控制過程的精度和均勻性，由此顯著減少甚至消除驅(qū)動紗線饋送的電機(jī)中的轉(zhuǎn)矩脈動。
閱讀了下面的描述，以上目的和其它優(yōu)點將會變得更顯而易見，以上目的和其它優(yōu)點通過一種用于織機(jī)的正紗線饋送機(jī)來實現(xiàn)，該正紗線饋送機(jī)包括一同步電機(jī)，具有一轉(zhuǎn)子，一繞線卷軸連接至該轉(zhuǎn)子；多個位置傳感器，設(shè)置成檢測轉(zhuǎn)子在預(yù)定角位置的通過，并且產(chǎn)生相應(yīng)的位置脈沖；以及一控制單元，對該控制單元編程，從而將一相應(yīng)的測量角位置分配至位置脈沖的每個組合，該控制單元連接至電機(jī)，從而通過用源自測量角位置的引導(dǎo)位置值反饋來驅(qū)動電機(jī)，其中，還對控制單元編程，從而通過對一源自連續(xù)的測量角位置之間的時間間隔的測量的速度信號進(jìn)行積分，來計算在測量角位置之間的間隔中的電機(jī)的角位置，并且控制單元包括一判定模塊，對該判定模塊編程，從而作出測量角位置和相應(yīng)的計算角位置之間的差值，并且將差值的絕對值與一預(yù)定閾值進(jìn)行比較，由此，假如差值的絕對值低于閾值，則判定模塊將計算角位置選為引導(dǎo)位置信號，否則選定測量角位置。
而本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征是在上述正紗線饋送機(jī)中，時間間隔由一計時器來計算，該計時器通過一高頻時鐘信號來引導(dǎo)，并且通過一在連續(xù)的測量角位置之間的間隔期間產(chǎn)生的觸發(fā)信號來驅(qū)動。
在上述正紗線饋送機(jī)中，對控制單元編程，從而基于產(chǎn)生的、與諸位置傳感器中的一個開關(guān)相一致的校準(zhǔn)信號，而在電機(jī)的一個回轉(zhuǎn)中至少一次向測量角位置校準(zhǔn)計算角位置。
在上述正紗線饋送機(jī)中，同步電機(jī)是三相電機(jī)。
在上述正紗線饋送機(jī)中，同步電機(jī)具有一正弦反電動勢。
在上述正紗線饋送機(jī)中，包括三個位置傳感器，圍繞轉(zhuǎn)子以相同的角度120°而相互間隔。
在上述正紗線饋送機(jī)中，位置傳感器是霍爾傳感器。
在上述正紗線饋送機(jī)中，引導(dǎo)位置值用于電機(jī)的電壓的正弦控制。
在上述正紗線饋送機(jī)中，引導(dǎo)位置值用于電機(jī)的電流的正弦控制。


圖1是本發(fā)明涉及的類型的一種正紗線饋送機(jī)的總框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的控制單元的一部分的框圖；圖3是顯示了電機(jī)的實際角位置和由根據(jù)本發(fā)明的控制單元計算的角位置的時間關(guān)系圖。
具體實施例方式
在圖1中，一正紗線饋送機(jī)AP從一線軸RO上拉動紗線F，并且以受調(diào)節(jié)的速度和受調(diào)節(jié)的張力將紗線饋送至一機(jī)器MF，諸如織機(jī)、編織機(jī)、絡(luò)線機(jī)等等。從線軸RO拉出的紗線F在一繞線卷軸R上纏繞成多個線圈，該繞線卷軸R用鍵固定至電機(jī)M的驅(qū)動軸，然后紗線F通過一張力傳感器ST，并且最終饋送至機(jī)器MF。
電機(jī)M是一具有正弦反電動勢的永磁鐵、同步無刷電機(jī)，該電機(jī)由一功能單元PS通過提供有電子開關(guān)的三相開關(guān)電橋SP來驅(qū)動。三相開關(guān)電橋SP由三個一組的、較佳的是正弦的調(diào)制數(shù)字信號PWM1、PWM2、PWM3來驅(qū)動(圖2)，這些調(diào)制數(shù)字信號PWM1、PWM2、PWM3由一微控制器或數(shù)字信號處理器DSP來產(chǎn)生。微控制器DSP結(jié)合入一控制單元CU，該控制單元CU從傳感器ST接收關(guān)于紗線F的張力信號T、來自電機(jī)驅(qū)動的電壓信號V和電流信號I、來自與電機(jī)相關(guān)的用于反饋控制電機(jī)的位置傳感器的反饋信號FB、以及通常的外部信號S，反饋信號FB將在下文更詳細(xì)地描述。基于這些信號，控制單元將上述的調(diào)制數(shù)字信號發(fā)送至電橋SP，從而獲得所需的紗線速度和紗線張力。
現(xiàn)在具體參見圖2，電機(jī)M支持三個數(shù)字霍爾傳感器HS1、HS2、HS3，這三個數(shù)字霍爾傳感器HS1、HS2、HS3圍繞轉(zhuǎn)子以相同的角度120°相互間隔，并且為了發(fā)送位置脈沖P1、P2、P3(上文通稱為位置信號FB)而連接至微控制器DSP。如同本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所周知的，通過對三個一組的傳感器的每個都開關(guān)而產(chǎn)生的信號進(jìn)行組合，可獲得六種不同的組合，每種組合對應(yīng)于電機(jī)的電角位置。因此，通過將極靴的對數(shù)乘以六，來算出每個機(jī)械回轉(zhuǎn)的已測量角位置數(shù)量。微控制器DSP包括一狀態(tài)機(jī)SM，該狀態(tài)機(jī)SM從霍爾傳感器接收位置脈沖P1、P2、P3，并且給每個組合分配一特定的狀態(tài)，即特定的電角位置，從而產(chǎn)生一已測量的位置信號θH，該位置信號θH是準(zhǔn)確的但具有較低的分辨率，且每個電回轉(zhuǎn)只有六個位置數(shù)據(jù)。狀態(tài)機(jī)還產(chǎn)生一方向信號DS、以及一校準(zhǔn)信號AS，該方向信號DS表示轉(zhuǎn)動的方向。一個機(jī)械回轉(zhuǎn)至少一次產(chǎn)生校準(zhǔn)信號AS，來與諸霍爾傳感器的開關(guān)中個的一個或多個相一致。下文將更詳細(xì)地描述信號DS和AS的使用。
為了在由三個霍爾傳感器測量的位置之間估計出中間的角位置，狀態(tài)機(jī)SM在兩個連續(xù)狀態(tài)之間的間隔期間產(chǎn)生一觸發(fā)信號TR，該觸發(fā)信號TR驅(qū)動由一時鐘信號CLK以高頻引導(dǎo)的計時器T。這允許以高精度測量在兩個連續(xù)電角位置之間的時間間隔。計時器T將時間間隔信號X發(fā)送到一分配模塊DIV。
分配模塊DIV通過轉(zhuǎn)化時間間隔X來計算出電機(jī)的瞬時速度ω。在分配模塊DIV中，算出的速度的符號也與信號DS相一致，該信號DS由狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生，并且表示了轉(zhuǎn)動方向。然后，分配模塊DIV將速度信號ω發(fā)送到一固定頻率的積分濾波器INT，在已測量的角位置θH之間的間隔中，該積分濾波器INT通過積分基于速度ω計算電機(jī)的角位置θS。基于由狀態(tài)機(jī)在預(yù)定位置產(chǎn)生的校準(zhǔn)信號AS，積分濾波器INT使計算位置θS向測量位置θH校準(zhǔn)。實際上，如同本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所周知的，由于通過對一濾過的采樣速度信號進(jìn)行積分而計算出計算位置θS，所以計算位置θS會受相位延遲和時間延遲的影響，假如不通過一校準(zhǔn)操作來補(bǔ)償該相位延遲和時間延遲，則將影響角位置的計算而產(chǎn)生誤差。
最后，一判定模塊DEC接收測量位置θH和計算位置θS，并且選出代表引導(dǎo)位置信號θ的較好估計值的一個，而將它發(fā)送到一驅(qū)動電機(jī)的正弦電壓/電流控制回路(未顯示)。為了選出兩個位置信號θH和θS中那個是最佳的估計值，判定模塊作出所述信號θH和θS之間的差值，并且將結(jié)果的絕對值與一預(yù)定閾值進(jìn)行比較。假如差值的結(jié)果小于閾值，則判定模塊將計算位置信號θS選為最佳估計值以用作引導(dǎo)位置信號θ，否則就選定測量位置信號θH。
在圖3的視圖中，虛線θM表示在從一靜止位置開始加速的瞬時期間、轉(zhuǎn)子的角位置的曲線。由微處理器DSP計算出的位置表示成連續(xù)的線。在360°的第一個電回轉(zhuǎn)期間，由于迅速加速，計算角位置θS1和測量角位置θH之間的差值超出了預(yù)定的閾值，例如該閾值假設(shè)為30°。尤其，初始的計算位置為零，而初始的計算速度也為零。在時刻t1，產(chǎn)生第一觸發(fā)信號。不修正計算位置，因為假如速度等于零，則只在校準(zhǔn)時更新位置，然而更新速度則需要兩個連續(xù)的觸發(fā)信號。在時刻t2，產(chǎn)生第二觸發(fā)信號，速度變化成在時間間隔t1-t2的平均值，并且通過對速度積分來更新計算位置。在時刻t3，產(chǎn)生第三觸發(fā)信號，速度變化成在時間間隔t2-t3的平均值，并且因此更新計算位置。如同可從圖3的視圖中清晰看到的，第一電回轉(zhuǎn)期間的誤差是90°或更大，該誤差不適用于電機(jī)的動態(tài)控制。因此，在第一電回轉(zhuǎn)期間，判定模塊DEC將離散的位置信號θH選為最佳估計值。在第一回轉(zhuǎn)之后，相反地，速度穩(wěn)定，并且由計算角位置θS2來給出最佳估計值。由于計算角位置θS2通過積分而計算出，如上所述，它會受相位延遲和時間延遲的影響。因此，如圖3所示，在360°以后，計算角位置達(dá)到由狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生的校準(zhǔn)信號AS的級別，即校準(zhǔn)至該校準(zhǔn)信號AS。在視圖中的例子中，在從上一個狀態(tài)(660°)到第一狀態(tài)(720°，新回轉(zhuǎn)的開始，線θS3)的瞬時期間，豎直的臺階AL表示了該校準(zhǔn)，但是當(dāng)然可對判定模塊編程，從而在兩個不同狀態(tài)之間的瞬時期間實施校準(zhǔn)，甚至多于一個回轉(zhuǎn)一次。
以一種本來已知的方式，如上算出的引導(dǎo)位置值θ可用于電機(jī)的電壓或電流的正弦控制。
這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的一較佳實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員當(dāng)然可在本發(fā)明概念的范圍內(nèi)作出許多變化。例如，盡管在以上的例子中使用了數(shù)字霍爾傳感器，但還可使用其它類型的位置傳感器，諸如設(shè)置于電機(jī)內(nèi)或外的光學(xué)傳感器。當(dāng)然，本描述所涉及的功能模塊可由一計算機(jī)化的控制系統(tǒng)中的軟件來實施，而不是由物理裝置來實施。
權(quán)利要求
1.一種用于織機(jī)的正紗線饋送機(jī)，包括一同步電機(jī)(M)，具有一轉(zhuǎn)子，一繞線卷軸(R)連接至該轉(zhuǎn)子，多個位置傳感器(HS1、HS2、HS3)，設(shè)置成檢測所述轉(zhuǎn)子在預(yù)定角位置的通過，并且產(chǎn)生相應(yīng)的位置脈沖(P1、P2、P3)，以及一控制單元(CU)，對該控制單元(CU)編程，從而將一相應(yīng)的測量角位置(θH)分配至所述位置脈沖(P1、P2、P3)的每個組合，該控制單元(CU)連接至所述電機(jī)，從而通過用源自所述測量角位置(θH)的引導(dǎo)位置值(θ)反饋來驅(qū)動所述電機(jī)，其特征在于，還對所述控制單元(CU)編程，從而通過對一源自連續(xù)的測量角位置(θH)之間的時間間隔的測量的速度信號(ω)進(jìn)行積分，來計算在所述測量角位置(θH)之間的間隔中的所述電機(jī)的角位置，并且所述控制單元(CU)包括一判定模塊(DEC)，對該判定模塊(DEC)編程，從而作出所述測量角位置(θH)和相應(yīng)的計算角位置(θS)之間的差值，并且將所述差值的絕對值與一預(yù)定閾值進(jìn)行比較，由此，假如所述差值的所述絕對值低于所述閾值，則所述判定模塊將所述計算角位置(θS)選為引導(dǎo)位置信號(θ)，否則選定所述測量角位置(θH)。
2.如權(quán)利要求1所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，所述時間間隔由一計時器(T)來計算，該計時器(T)通過一高頻時鐘信號來引導(dǎo)，并且通過一在連續(xù)的測量角位置之間的所述間隔期間產(chǎn)生的觸發(fā)信號(TRG)來驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，對所述控制單元(CU)編程，從而基于產(chǎn)生的、與所述諸位置傳感器中的一個開關(guān)相一致的校準(zhǔn)信號，而在所述電機(jī)的一個回轉(zhuǎn)中至少一次向所述測量角位置(θH)校準(zhǔn)所述計算角位置(θS)。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，所述同步電機(jī)(M)是三相電機(jī)。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，所述同步電機(jī)(M)具有一正弦反電動勢。
6.如權(quán)利要求5所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，包括三個所述位置傳感器，圍繞所述轉(zhuǎn)子以相同的角度120°相互間隔。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，所述位置傳感器是霍爾傳感器(HS1、HS2、HS3)。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，所述引導(dǎo)位置值(θ)用于所述電機(jī)(M)的電壓的正弦控制。
9.如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的正紗線饋送機(jī)，其特征在于，所述引導(dǎo)位置值(θ)用于所述電機(jī)(M)的電流的正弦控制。
全文摘要
一同步電機(jī)(M)具有一轉(zhuǎn)子，一繞線卷軸(R)連接至該轉(zhuǎn)子。多個位置傳感器(HS1、HS2、HS3)檢測轉(zhuǎn)子在預(yù)定角位置的通過，并且產(chǎn)生相應(yīng)的位置脈沖(P1、P2、P3)。一控制單元(CU)將一測量角位置(θ
文檔編號D03J1/00GK101041918SQ200710006200
公開日2007年9月26日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者G·安得里亞, R·莫克 申請人:愛吉爾電子股份公司