新型算法在工业缝纫机中的应用彭惠1，何明华2，王英俊1，林东福州大学电气工程与自动化学院，福建福州福州大学物理与信息工程学院，福建福州算法空间矢量脉宽调制算法的高性能工业缝纫机系统方案。首先通过对控制系统中新型算法的分析，利用软件对该系统进行了全面的仿真分析。所得的仿真结果与理论分析结果一致，验证了该设计方案的可行性。然后针对工业缝纫机，设计了基于的实际系统。系统采用一定的控制策略，实现了调速及准确定位等功能。实验表明该系统转矩脉动小，机械噪声低，动态响应较好，满足缝纫机的性能要求。

　　稿件编号：―，女，湖南长沙人，硕士研究生。研究方向：电机控制。

　　我国是世界公认的缝纫机生产大国，工业缝纫机产量占世界总产量的以上。近年来，为提高服装质量和生产效率，生产厂家不仅在缝纫机的结构上做了很大改进，还逐渐采用性能更好的永磁同步电机调速系统替代传统电机调速系统。

　　针对工业缝纫机的驱动控制系统，文中采用了一种新型算法进行控制。该算法相对于传统的算法，具有的优点是无需进行与扇区相关的判断与计算，从而缩短了数字信号处理器的编程时间和程序运行时间，可提高处理器工作效率。通过对永磁同步电机改进型矢量控制的理论分析，建立相应的仿真模型，经过仿真分析，给出了一个能实现快速起停，上下停针，自动剪线等功能的高性能设计方案。

　　新型算法新型理论分析根据定子三相电压定义的定子电压空间矢量表达式如下：电压矢量在两相静止坐标系中的分量与三相电压分量的关系如式所示：姨对于给定的电压分量，采用下标表示，如表示给定电压空间矢量，分别表示给定的三相电压分量，它们与之间也满足式新型算法是依据三相给定电压计算逆变器各相上桥臂导通即接通高电平的时间。若是给定的三相电压，为新型的脉宽调制周期，且是逆变器直流回路电压，则可按式计算参考时间量由于存在或的情况，故式计算的不能真正用来表示每一相输出高电平的时间，需按式进行一定电子设计工程第卷第期年月《电子设计工程》年第期《电子设计工程》年第期的调整。

　　式将加上时间偏移量以确保r.当按式得到的输出波形较好。

　　经式修正后得到的即为三相电压型逆变器每相接通高电平的时间，这就是新型的原理。*后设置中定时器工作模式为连续增减计数模式，并根据式计算得中各比较单元的比较值不难看出，新型方法并未要求三相之间有协调的开关动作，它仅要求每一相上桥臂导通时间分别为就可满足上述新型原理，所以每一相的控制有较大的自由度。

　　新型的仿真根据前面介绍的新方法，利用仿真工具，建立新型的仿真模型，如图所示。可以看出，仿真模型并不复杂，且进行的都是一些很简单的计算，从而大大的缩减了处理器运行时间，提高了运行效率。

　　系统实现系统硬件结构系统硬件设计总体结构上采用的模式，包括控制电路、功率主回路、信号检测及保护电路等，如图所示。

　　系统围绕芯片搭建外围电路后构成图中所示控制板，整流桥、滤波电容、逆变器等构成系统的功率驱动电路，控制板与强电的功率驱动电路之间进行了光电隔离。整个系统包含电流环和速度环两部份。通过检测电路的霍尔电流传感器和光电编码器得到电机的电流和速度反馈信息，由实现控制算法并输出信号驱动逆变器，实现旋转，使缝纫机进行缝纫工作。同时，控制板与上位机通信，实时控制与显示。

　　系统使用公司作为核心处理芯片，该芯片具备位定点处理单元。

　　参数为：额定功率额定电压50 Hz，额定转速4，额定转矩为m.光电耦合部分采用了高速光耦合器6N137.功率驱动电路主要由整流和逆变两部分组成。在整流部分，采用的是三相桥式整流模块，逆变是用三菱公司的模块来实现。位置传感器采用的是增量式光电编码器。

　　控制板提供串口通信接口与上位机通信，由引脚得到上位机传来的数据，引脚发送数据给上位机。

　　控制器软件结构系统软件编程是在系列上实现，采用语言和汇编语言混合编写。

　　主要负责对控制电路各环节的工作进行协调、保护和监督，需要参与大量的处理及计算工作，其实现的主程序流程图如图所示。

　　系统初始化主要包括系统初始化、电机和控制器参数设置、变量初始化、初始化、事件管理器初始化和定时器初始化等部分。控制模块由中断处理模块和各程序模块组成，各程序模块又由多个子程序模块组成，包括电流采样、转子位置和转速的求取、速度和电流的调节器、坐标变换、新型模型等。系统的采样频率为10 kHz，当系统采集到电机三相定子电流中的两相电流值后，首先经过变换得两相静止坐标系下的电流值，然后把电流值进行变换，得到当前一拍在两相转子旋转坐标系即轴下的电流值。与此同时光电编码器测量得到电机转子位置和速度信息。将测量得到的转速与给定转速进行比较，经过比例积分调节，得到轴参考电流。然后将轴的实际电流与参考电流进行比较，同时采取轴电流参考值固定为的控制方式，通过调节器运算得到电机两相转子同步旋转坐标系下的电压量。根据转子位置信息进行逆变换，得到电机两相静止坐标系下的电压量，再通过新型算法计算出三相桥臂的导通时间。*后经过三相逆变器驱动单元的驱动，电机就按给定的转速进行运转。

　　图是新型算法实现流程图。由流程图可以看出，相对于传统算法，新型算法无需进行给定电压矢量所在扇区计算，且在计算过程中无需按照进行表格查询，计算量减小，耗时少。

　　仿真及结果分析文中使用工具箱对工业缝纫机控制系统进行仿真。实验模型中用的参数具体为=4.实验模拟实际运行过程中遇到突发事件，负载转矩增加时的工况，仿真时间为0.25 s.系统给定转速为700 r/min，仿真结果如图、图所示。

　　时电机处于静止状态，给电机一个初始负载转矩m，在时负载转矩突加到m.由图可知，负载突变时，电磁转矩响应迅速，能准确稳定在给定值。因为算法递推在估算转速时需要一定时间，由图可知，电机起动时转速虽有一定误差，但经过约就稳定在给定转速，响应速度较快。在突加负载时，实际转速有波动，随后快速达到稳定，动态性能较好，满足系统要求。

　　结束语文中详细介绍了新型算法和中的新型模型，建立了基于矢量控制的仿真模型。

　　仿真结果表明：电机电磁转矩的响应时间很快，动态性能较好，转速也能在很短时间内达到稳定，满足系统性能的要求。

　　下转第页彭惠，等新型算法在工业缝纫机中的应用《电子设计工程》年第期《电子设计工程》年第期同时通过介绍系统软硬件的设计方案，实现了基于永磁同步电机改进型矢量控制的工业缝纫机驱动系统的设计。

　　陈伯时。

　　电力拖动自动控制系统―运动控制系版。

　　北京：机械工业出版社，姜淑忠，祁贲。

　　工业缝纫机永磁同步伺服电动机系统微电机，袁登科，徐国卿，张舟云，等。

　　一种新型空间电压矢量脉宽调制方法同济大学学报，陈荣。

　　永磁同步电机控制系统版。

　　北京：中国水利水电出版社，郎宝华，刘卫国，周熙炜，等。

　　空间矢量脉宽调制的仿真研究及应用电机与控制应用，魏克新，王云亮。 MATLAB语言与自动控制系统设计北京：机械工业出版社，计算出电阻两端电压超前信号源电压的角度为：与理论值基本一致。

　　结束语用硬件实验仪器对电路稳态过程进行测试，无法同时显示信号源信号、电容两端电压、电阻两端电压的波形，用软件仿真解决了这一问题。将计算机仿真软件引入到电路实验中，使电路的分析、仿真、测试非常方便，所述方法具有实际应用意义，亦可应用于电路的正弦稳态分析中。将电路的硬件实验方式向多元化方式转移，利于培养知识综合、知识应用、知识迁移的能力，使电路分析更加灵活和直观。

　　符时民，陈维石，封丽基础物理实验第三册沈阳：东北大学出版社，杨述武普通物理基础电磁学部分北京：高等教育出版社，郑步生，吴渭电路设计及仿真入门与应用北京：电子工业出版社，任骏原用仿真软件分析触发器的状态变化过程实验科学与技术，任骏原在触发器工作波形分析中的应用现代电子技术，任骏原异步置零法构成任意进制计数器的仿真电子设计工程，腾香。

　　二进制译码器逻辑功能的仿真方案现代电子技术，马敬敏。

　　基本触发器工作状态的仿真电子设计工程，王静，吴伟民，赖天武，等。 BIOS后门分析计算机应用，上接第页上接第页