一種步進電動機運行曲線的在線計算方法

    錢國維  張  凌(中船總第716研究所連云港222001)

l引  言

    步進電動機及其驅動器在電腦刺繡機上獲得了廣泛的運用。電腦刺繡機是80年代國外紡織機械中的****產品。它運用微機技術，實現刺繡整個過程的自動化，大大提高了刺繡產品的質量和生產效率。

    電腦刺繡機是機電一體化的產品，主要由刺繡機身、電源系統、計算機系統、步進電機驅動執行機構系統、刺繡框、刺繡頭以及信號傳感器等部分組成，其刺繡動作過程為，由磁盤或紙帶機將花樣信號送入計算機，經計算機處理后送入步進電機驅動系統和主軸控制系統，最后由動力系統帶動刺繡框、刺繡頭協調運動，刺繡開始。  

    在刺繡過程中，步進電機驅動繡框運行是最重要的環節，它直接影響到繡品的質量、刺繡效率和噪聲大小。

    電腦刺繡機是使用微機對步進電機的速度進行控制，控制的實質就是控制電機驅動負載時的運行曲線，首要的是進給脈沖時刻的計算，是一種軟件控制方法。通常的設計方法是使步進電機按加速、勻速、減速的曲線運行，離線計算出定時時間，把它們寫入內存中，實現步進電機速度控制軟件化。這種方法的缺點是計算機只能按照事先給定的速度曲線對步進電機進行控制，無法按照刺繡工況的變化隨時修改速度曲線的參數，使步進電機在合理的狀態下運行。本文介紹一種適合在電腦刺繡機上使用的步進電機的運行曲線及其計算方法，實現了定時參數的在線計算。

2實現的曲線及其參數的計算

2．1實現的曲線(見附圖)

    考察如下的正弦函數：

    式中π=3．1415926，t為步進電機的運行時間。實現這種函數曲線的優點為：

    a．由于曲線平滑，步進電機驅動負載運行平穩、柔和、噪聲小。

    b．滿足步進電機慢起動、慢停止的特性。

    c．有明確的數學表達式，易于在線計算和實現。

    d．對于不同的刺繡工況，可通過改變參數a和t實現。

2．2計算

    假設步進電機驅動負載時的某工況為，在t時間內需要步進電機運行n步，電機的****運行頻率為fm，起始頻率和終了頻率都為零。運行曲線為式(1)的f(t)，把t分為n份，即△t₁，△t₂，……，△t_n，t=△t₁+△t₂+……+△t_n。令：

    t₁=△t₁

t₂=△t₁+△t₂

t_n=t=△t₁+△t₂+……+△t_n

如附圖所示，令f(t)在t軸上半部所圍成的面積為n，f(t)與△t₁, △t₂,……△t_n所圍成的面積都為1，即：

參數a的確定 

a為步進電機的實際****運行頻率，按式(2)可求出a的值。

必須保證a應小于給定的電機****運行頻率，否則會引起嚴重后果。

2.2.2 參數t(i=1,2,……，n)的確定

     按式（3）可得：

由于t0=0,按式（5）可遞推出t1,t2,……，tn-1的值。

△     t1=t1

△     t2=t2-t1

.

.

.

△     t_n=t-t_n-1

2.2.3進給脈頻率fi(i=1,2,……，n)的計算

f_i=1/△t_i  (i=1,2,……，n)    (6)

不難證明，fi為函數f(t)=asin(π/t ·t)　（ｔ_ｉ－１≤ｔ≤ｔ_ｉ）上的一點。

3應用舉例

  在某電腦刺繡機產品上，步進電機驅動

繡框水平前后左右移動，脈沖當量為0 .lmm，刺繡某針跡長度為4ram(相應的脈沖數量為n=40)，給定的時間為30ms，步進電機的起蛄和終了頻率都為零，計算各進給脈沖的時間和相應的運行頻率。

4結語