华中科技大学 硕士学位论文 全数字电子套结控制系统研究 姓名：梁向辉 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：沈安文 2011-02-25 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 摘 要 随着我国服装行业的发展，对电子套结机的需求量迅速增加，高性能电子套结机 成为当前缝纫机械领域研究的一个热点。至今，国内外学者在永磁同步电机，步进 电机单独控制方面做了大量的研究，但对于电子套结机而言，要同时完成主轴永磁 同步电机和送料步进电机的协同控制，相关的研究还比较少。本文针对套结机的具 体需求，对步进电机、主轴伺服电机以及两种电机的协同控制算法进行了研究，完 成了套结控制系统的软硬件设计，实现了全数字电子套结控制系统。 本文首先对电子套结控制系统的机械结构和系统需求进行了分析， 介绍了电子套 结机的整体结构，对主轴电机和送料步进电机的工作原理进行了阐述，提出了全数 字电子套结控制系统的方案。 对电子套结控制系统而言，步进电机控制，主轴伺服电机控制，以及两者的协同 控制是系统一个难点，本文针对全数字电子套结控制系统的方案，对步进电机的细 分控制、主轴电机的矢量控制，以及两者的协同控制算法进行了研究，提出了一套 适用于本系统的控制算法。 其次， 在算法研究的基础上， 实现了套结控制系统的软硬件设计： 以TMS32LF2406 为核心，完成了主轴电机控制，电磁铁控制以及人机交互功能；以 XC9572 为核心， 完成了步进电机的细分控制；其次，通过 TMS32LF2406 和 XC9572 之间的交互完成 了主轴电机和步进电机的协同控制。 最后，针对套结机 1900A 的机械机头，对各个模块进行了测试；同时，对全数字 电子套结控制系统，进行了抗干扰测试和套结花样质量测试；测试结果表明，本系 统具有良好的性能，能够满足工业化应用的要求。 关键词：关键词：电子套结控制系统 主轴电机控制 步进电机细分控制 协同控制 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the development of garment industry in China, demand for electronic tracking machine increases rapidly, research on high-performance, reliable electronic tracking machine becomes a research focus. So far, scholars have done lots of research on control system of servo motor, step motor, and implemented a high performance system for each motor respectively, but in terms of high-performance electronic tracking machine, in order to sew a special pattern, it was required not only to drive servo motor, but also to complete the control of X-axis and Y-axis step motor control at the same time. In this paper, according to the particular demand of electrical tracking machine, control algorithm for step motor and servo motor is studied respectively, then a special structure was used to realize the coordinated control; through specific hardware and software system designed by ourselves, a digital electrical tracking control system was achieved. Firstly, with the analysis of mechanical structure and system requirements in electrical tracking machine, a introduce of structure in this machine was subjected, and working principles of servo motor and step motor in the tracking machine was described. Then a special solution for electrical tracking machine was put forward, which includes the control of servo motor and step motor, human-computer interactions and so on. For the electrical tracking control system, control of servo motor and step motor and coordination of servo motor and step motor are biggest obstacles; in this paper, a special algorithm for the subdivision control of step motor and rotor flux oriented vector control of servo motor is presented; besides, a scheme for the coordinated control of step and servo motor is also proposed; consequently, control algorithm for the whole system was completed. Moreover, according to control algorithm, hardware and software design for electrical tracking control system were fulfilled: TMS32LF2406, as the core of the system, completed control of the spindle servo motor and human-computer interaction function; XC9572, as the core of step control, completed the control of motor control; Later, through interaction of IO port, TMS32LF2406 and XC9572 was combined to work together. Finally, through the mechanical set of electrical tracking machine, all the modules, 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III including power system, step motor and servo motor, are tested; thereafter, through the intelligent fast pulse generator and pulse capacitive coupling folder, anti-jamming characteristics of electrical tracking control system were tested, and the special sewing patterns were also implemented in this machines; all of this proved its high performance and indicates that it will have a wonderful performance in industry. Key words: Electrical Tracking Machine, Rotor Flux Oriented Vector Control of Servo motor, Subdivision Control of Step Motor, Coordination Control 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 本章首先介绍了工业缝纫机系统，进而阐述了作为一种专业缝纫机的电子套结 控制系统的国内外研究现状及发展趋势，并提出了本文的主要研究内容。 1.1 工业缝纫机概述工业缝纫机概述 服装机械作为传统行业，已经有二百年左右的历史；它属于重工业中的机械制 造行业,是整个服装行业快速发展的基础1；缝纫机作为服装行业最为基本的一种服 装机械，其性能以及品质会对整个服装行业，乃至国民经济的发展都会产生很大的 影响。 缝纫机又分为家用缝纫机和工业用缝纫机。其中，工业缝纫机是指适于缝纫工 厂或其他工业部门中大量使用来缝制工件的缝纫机，其主要特点是：专用性强， 大部分工业用缝纫机是为某种特定工序，甚至是为某一特定缝制工序而专门设计的。 生产效率高，根据不同的用途和缝料，每分钟能缝制 100010000 个线迹。缝 制质量好，线迹牢固，整齐划一2。 当前，工业缝纫机的市场巨大，而且随之经济的转暖市场需求量在速度的扩大。 根据中国工信部公布的资料，仅在 2010 年 14 月三个月，缝纫机行业累计出口额 就达到 4.2 亿美元，推动了国民经济的发展。但是巨大的市场背后，国产缝纫机行业 却暴露了一些问题， 首先缝纫机产品质量不够稳定3，自动化程度不高，性能不够 稳定4；其次，缝纫机行业低度化的现象十分严重，重复建设严重，科技含量低的产 品铺天盖地，低价位扩张，恶性竞争严重。这些问题对整个服装机械行业以及服装 行业的发展都产生了一定的影响。因此，虽然我国缝纫机总