电脑刺绣机主轴交流伺服系统的研究及开发

摘要

电脑刺绣机是集计算机控制技术、电力电子技术及精密机械技术于一体的高科技机电一体化产品，是增加服饰的附加值和服装产品个性化的一种重要设备。国际先进的电脑刺绣机不断采用高新技术的最新成果，向多功能化和高效率化发展。在设计、制造技术和产品性能上，国产电脑刺绣机与国际先进的电脑刺绣机存在较大的差距，而进口的高档刺绣机又由于其昂贵的价格难以在国内市场普及。电脑刺绣机的主轴的驱动方式和控制方法与刺绣效率、绣品质量、机器成本和机器噪音直接相关。本文提出并设计了一种采用单神经元直接模型参考自适应控制策略的空间矢量变频调速交流异步电机伺服系统，用于控制和驱动电脑刺绣机主轴，实现了刺绣效率的最大化，并降低了系统成本。本论文内容主要有： 第一章分析了电脑刺绣机的工作原理，阐述了国内外电脑刺绣机主轴驱动的现状及发展趋势，提出将交流异步电机用作主轴驱动电机。 第二章建立了实现最大刺绣效率条件下的主轴转速的计算方法、针杆运动学模型和主轴传动的动力学模型，并对电脑刺绣机主轴负载变化的特点进行了分析。 第三章将矢量控制交流异步电机用作电脑刺绣机的主轴电机，构成了刺绣机丰轴交流伺服驱动系统。针对刺绣机的负载特点以及空间矢量控制方法的不足，设计了具有自适应能力的单神经元直接模型参考自适应控制策略。 第四章针对刺绣机特点，对空间矢量控制方法以及单神经元直接模型参考自适应控制策略在MATLAB/Simulink下建立了仿真模型，完成了系统仿真分析。 第五章采用TI公司TMS320LF2407A的DSP微控制器，设计了主轴控制：器的系统结构以及外部电路。 第六章采用汇编语言编写了单神经元控制器模块以及空间矢量模块。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电脑刺绣机综述

1.1.1电脑刺绣机的发展简述

1.1.2电脑刺绣机工作的基本原理及分类

1.1.3国外电脑刺绣机的现状及发展趋势

1.1.4国内电脑刺绣机现状

1.2.课题研究的目的和意义

1.2.1电脑刺绣机主轴驱动现状及存在的问题

1.2.2刺绣机主轴各种驱动方式的特性分析

1.2.3问题的提出及解决方案

1.3论文的主要研究内容

第二章电脑刺绣机主轴传动的建模

2.1刺绣数控点对坐标模型

2.2主轴传动的针杆运动学建模

2.3电脑刺绣机主轴运动控制的限制条件分析

2.3.1.主轴调速曲线计算

2.3.2.主轴电机调速响应时间要求

2.3.3.刺绣机主轴电机位置控制条件

2.3.4.主轴速度控制流程

2.4电脑刺绣机主轴传动动力学建模

2.4.1电脑刺绣机机头传动机构动力学模型的建立

2.4.2刺绣机机头部分负载的分析

2.5分析结论

第三章刺绣机主轴交流伺服系统设计

3.1交流异步电机空间矢量控制方法对电脑刺绣机主轴传动的适应性分析

3.2几种控制策略的比较

3.3刺绣机主轴电机伺服系统设计的基本思想

3.4交流电机空间矢量控制的实现

3.4.1交流电动机的空间矢量控制的建模及控制流程

3.4.2电压空间矢量脉宽调制技术的实现

3.5单神经元模型参考自适应速度控制器的实现

3.5.1模型参考自适应控制简述

3.5.2单神经元模型参考自适应速度控制器结构

3.5.3采用矢量算法的异步电机单神经元模型参考自适应控制

3.5.4异步电机单神经元模型参考自适应控制器算法

3.5.5异步电机单神经元模型参考自适应控制系统稳定性分析

3.6主轴交流伺服系统位置控制器的设计

3.7刺绣机主轴电机伺服系统整体结构

第四章仿真与试验结果分析

4.1采用空间矢量控制方法的刺绣机主轴电机仿真模型

4.1.1.两相静止坐标系下的异步电机数学模型

4.1.2.仿真模型的具体构建

4.2异步电机单神经元模型参考自适应速度控制器仿真结果与分析

4.3刺绣机主轴电机实现矢量控制整体仿真模型

第五章基于DSP的电脑刺绣机主轴控制器的设计

5.1主轴控制器硬件的总体设计

5.1.1驱动电路设计

5.1.2控制电路设计

第六章刺绣机主轴电机伺服控制的程序设计

6.1系统软件流程图

6.2系统控制软件设计中中断源的使用

6.3串行口中断服务程序设计

6.4主要模块设计

6.4.1相电流检测模块

6.4.2 CLARKE变换模块

6.4.3电流磁链转换模块

6.4.4 PARK变换

6.4.5电机转速和位置计算模块

6.4.6转速自适应控制模块

6.4.7主轴位置控制模块

6.4.8 PARK逆变换模块

6.4.9空间矢量产生模块

6.4.10 PWM发生模块

第七章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文

附录1交流电机空间矢量控制原理

附录2梯度下降法基本原理

附录3 DSP源程序(部分)