基于Q15定点算法的电脑横机电磁选针方法

摘要

本发明属于自动编织机械技术领域，特别是涉及一种基于Q15定点算法的电脑横机电磁选针方法。其特征在于所述方法包括以下步骤：①读取选针信息；②保存选针器上各刀片压针状态的信息；③读取机头方向被选针，④利用编码器反馈脉冲信号，采用Q15定点算法进行数据实时处理，确定选针器刀片位置；⑤计算选针器刀片状态值；通过判断机头方向状态值，确定选针器各个刀片位置的状态值，即控制该组刀片的0.1值；⑥比较刀片状态；⑦驱动状态值不同的刀片动作；⑧判断选针是否结束；本发明提供的选针方法一方面提升选针的速度和精度，另一方面解决选针的可靠性问题，不仅节省了制造成本而且还有效克服了选针的速度与可靠性的这一技术矛盾。

说明书

技术领域

本发明属于自动编织机械技术领域，特别是涉及一种基于Q15定点算法的电脑横机电磁选针方法。

背景技术

电脑横机选针机构的控制是整台横机能否正常工作的关键，它可以选择横机上的每一根针，因而具有许多优点。电磁选针系统中，电磁选针是在所有选针信息运算完毕以后的最后步骤，因此读针的准确性和选针信息处理的实时性，将会影响选针控制的准确性和可靠性。

国外同行基本上采用齿条铜头读针法，即在针床上安装齿条，一齿对应一枚针，通过对电脑横机上齿条的检测产生一组两路相位差为90度的正弦波信号和一个记数信号，通过对该信号的处理，从而实现对横机机针的控制。此方法较为可靠，理论上也简单，可以提高织机速度，避免皮带长期传动造成误差，但读针器(铜头、读针铜头)主要由日本、德国等少数公司生产，价格昂贵，会增加齿条和铜头的成本，而且不同针距的横机其所对应的齿条也不同，也给生产和管理带来很多不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选针精度准确、速度快、可靠性强的基于Q15定点算法的脑横机电磁选针方法。

本发明目的是采用这样的技术方案实现的：其特征在于所述方法包括以下步骤：

①读取选针信息

②保存选针器上各刀片压针状态的信息；

③读取机头方向被选针，

④利用编码器反馈脉冲信号，采用Q15定点算法进行数据实时处理，确定选针器刀片位置；

⑤计算选针器刀片状态值；通过判断机头方向状态值，确定选针器各个刀片位的状态值，即控制该组刀片的0.1值；

⑥比较刀片状态；

⑦驱动状态值不同的刀片动作；

⑧判断选针是否结束；

本发明利用伺服电机内置的编码器读针，采用先进的Q15定点算法的软件解决策略，通过整数取代浮点数的优化计算以实现数据的快速处理，一方面提升选针的速度和精度，另一方面解决选针的可靠性问题，不仅节省了制造成本而且还有效克服了选针的速度与可靠性的这一技术矛盾。

附图说明

图1为本发明的流程示意图

具体实施方式

参照图1：本发明所述方法包括以下步骤：

①读取选针信息；首先利用伺服电机内置的编码器读针，DSP取得经过计算截取的选针信息，这个信息已经是直接可以用来控制刀片的0、1二值，用“1”表示选针器刀片压针的信息，用“0”表示选针器刀片不压针的信息；

②保存选针器上各刀片压针状态的信息；将选针器上各刀片压针状态的信息保存在一个16位的数组内；

③读取机头方向被选针，按照针床上六段选针针脚的排列方式以及机头运行方向选针；由于六枚为一组的织针倾斜排列，因此，机头向左运动和相右运动，对应选针器上的选针刀片是不同的；针床上六段选针针脚的排列方式总是从左下脚向右上脚排列，所以当机头向右行时，每组选针电磁铁中总是最上面的那个选针电磁铁先遇到要选的针，其后的依次再选；当机头向左运行时，每组选针电磁铁中总是最下面的那个电磁铁先遇到要选的针，其后的再选；

④利用编码器反馈脉冲信号，采用Q15定点算法进行数据实时处理，确定选针器刀片位置；

⑤计算选针器刀片状态值；通过判断机头方向状态值，确定选针器各个刀片位置的状态值，即控制该组刀片的0.1值；

⑥比较刀片状态；通过⑤计算选针器刀片状态值与②保存选针器上各刀片压针状态的相比较，得出控制刀片运动的0，1状态序列值，进而按步骤⑦驱动不同的刀片动作；

⑦驱动状态值不同的刀片动作；按照编制的编织程序控制刀片的工作状态，驱动状态值不同的刀片动作；

⑧判断选针是否结束；当前针位编织完成后判断机头位置是否在行程以外，若不是，则令机头选针器计数加一，等待下一次位置计数中断产生，进行下一针位编织：，若是，则表示该行编织结束，该行选针结束。

本发明所述Q15定点算法进行数据实时处理是通过整数取代浮点数优化计算以实现快速运算的：对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾，一个变量要能够表示比较大的数值范围，必须以牺牲精度为代价；而要提高精度，则数的表示范围就相应地减小；本发明在保证选针速度的条件下，通过实际的测试与分析，采用Q15定点算法，而Q15的数值范围为-1到0.9999695，精度为0.00003051，使系统控制精度达到最佳性能，保证选针的可靠性，其运算公式是：

浮点数(x)转换为定点数(x_q)：x_q＝(int)x*2^Q

浮点数(x)转换为定点数(x_q)：x_q＝(int)x*2^Q

实施例1：

本发明针对纬编方式为d针、幅宽为l英寸国产横机控制系统采用定点算法实现选针作如下分析：

所谓d针是指在针床的一英寸距离内有d枚针，即针距d；横机的幅宽是指横机编织的最大宽度l。本项目利用伺服电机内置的编码器读针，假设驱动伺服电机在针板上移动一个幅宽需要发送脉冲数为pulse；机针总数为total_pins。

机针总数＝机器长度(英寸)*针距，由此可得，

机针总数：total_pins＝l*d

对应的每枚针的脉冲数为：pin_plse＝pulse/total_pins

假设某一时刻DSP通过编码器读取的脉冲数当前值为current_pulse，则当前选针器确定的选针位置为：

current_pin＝current_pulse/pin_pulse；                   (1)

为了使C编译器产生最优代码，提高运算速度，应将(1)的除法转化为乘法运算，使编译器产生MAC指令，并且将MAC的操作数为局部变量分配到寄存器中，以充分利用DSP的硬件乘法器资源进行快速运算。由此可得：

current_pin＝current_pulse*(l/pin_pulse)               (2)

式(2)中l/pin_pulse的值为浮点数，因此要将其转化为定点运算，且其值大小与横机的针距和伺服电机在针板上移动一个幅宽的所需脉冲数有关。

对式(2)浮点乘法转化为定点乘法分析如下：

设浮点乘法运算的表达式为：

float x，y，z，current_pin，current_pulse，l/pin_pulse；

z＝current_pin；

y＝l/pin_pulse；

x＝current_pulse；

z＝xy；

假设x的定标值为Qx，y的定标值为Qy，乘积z的定标值为Qz，则

$z=\mathrm{xy}\Rightarrow$

$z_q·2^{-Q_z}=x_q·y_q·2^{-(Q_x+Q_y)}\Rightarrow$

$z_q=\left(x_q{y}_q\right)2^{Q_z-(Q_x+Q_y)}---\left(3\right)$

所以定点表示的乘法为：

int x，y，z；

long temp；

temp＝(long)x；

由式(3)可得，

z＝(temp×y)＞＞(Qx+Qy-Qz)；                      (4)

由于current_pin与current_pulse都为整数，因此，定标值为Qx＝Qz＝0，对于浮点变量l/pin_pulse的定标值确定方法如下：

确定变量的Qy值实际上就是确定变量的动态范围，只要动态范围确定了，则Q值也就确定了。设变量的绝对值的最大值为|max|，其中|max|必须小于或等于32767。取一个整数n，使它满足

2^n-1＜|max|＜2ⁿ

则有

2^-Q＝2^-15×2ⁿ＝2^-(15-n)

Q＝15-n

因此，确定了变量的|max|就可以确定其Q值，而变量的|max|值我们通过统计分析法来确定：通过各种类型横机的针距和伺服电机在针板上移动一个幅宽的脉冲数进行统计分析，我们确定出变量l/pin_pulse的动态范围，可得|max|＜1，因此n＝0，Q＝15-n＝15。

实施例2：

说明Q15定点算法在纬编方式为12针、幅宽为52英寸横机控制系统上的具体应用。

机针总数：total_pins＝l*d＝52*12＝624；

驱动伺服电机在针板上移动一个周期需要发送脉冲数为pulse＝26416

对应的每枚针的脉冲数为：pin_pulse＝pulse/total_pins＝26416/624＝42.33；

对于机头运行任一位置对应编码器的脉冲量为current_pulse，

假定current_pulse＝1000，

current_pin＝current_pulse*(l/pin_pulse)＝1000*(l/pin_pulse)

令l/pin_pulse＝pp；

pp＝l/pin_pulse＝1/42.33＝0.0236

根据以上分析，结合(4)式可知Qx＝0，Qy＝15，Qz＝0，因此，x＝1000，y＝0.0236*32767＝773，即对y浮点值按Q15进行处理。

temp＝1000L

z＝(1000L*773)＞＞(0+15-0)＝24

即当编码器读取的current_pulse＝1000时，对应的针位为24。

本发明利用C编译器自带的浮点运算库，将浮点算法和定点算法的结果进行比较，经过测试发现，Q15定点算法实现一次选针运算过程只需6.67ns，而用浮点运算的时间将达到毫米级。

为了提高运算速度，保证计算的有效性和实时性，对该算法进行进一步优化：首先是将经常使用的中间变量配置到等待周期为零的内存中；其次是采用FLASH加速技术(使能FOPT寄存器的ENPIPE位实现预指机制的FLASH流水线模式)，这样可以达到100～120MIPS的处理能力，大大高于其本身默认的读取能力，通过这种方式有效的提高了选针速度问题。