一种电脑横机控制罗拉运行的无刷控制器
技术领域
本发明涉及控制器技术领域，具体涉及一种电脑横机控制罗拉运行的无刷控制器。
背景技术
目前全国的电脑横机上控制罗拉运行的方式都是这样的：用90BYG型的步进电机，配上大减速比的减速箱(一般为1:20左右)连接罗拉，通过接收系统发出的脉冲信号(脉冲频率可调)，由步进电机驱动器驱动90BYG型的步进电机运行，实时控制罗拉上织物的收卷时机、快慢、角度多少、张紧力的大小。
现有用步进电机的方案，存在以下缺点：
第一、扭力不足。机器的工作速度要求越来越快，效率要求也越来越高，步进电机的工作特点是随着速度的提高，扭矩是越来越下降的，通过加大电机的功率的方式会增加成本，同时又加大了电机的转动惯量，而惯量的加大，导致必须几十毫秒内快速反应的针板开合实时性无法达到要求，一旦出现撞针会使几百根甚至上千根针的损坏，从而在快速反应的实时性上带来挑战；通过加大减速箱的减速比的方式会带来步进电机运行速度大幅提高不了的问题。这个原理上是冲突的。
第二、速度不够。提高机器的工作效率，罗拉的运行速度就得提高，步进电机的工作特点主要用于定位，但带载运行速度一般都不高，速度是个瓶颈。
第三、能耗高。步进电机是位置控制电机，关注对位置、角度的精度要求，能耗中60～70％都浪费了。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电脑横机控制罗拉运行的无刷控制器，以解决现有技术中采用步进电机驱动横机罗拉扭力不足、速度不够以及能耗高的问题。
本发明实施例提供了一种电脑横机控制罗拉运行的无刷控制器，包括：
光耦电路，其输入端与罗拉控制模块的脉冲信号输出端连接，用于将脉冲信号转换为频率信号；
主控电路，主控电路的第一输入端与光耦电路的输出端连接，用于采集频率信号；
采样电路，其输入端与主控电路的第一输出端连接，用于对频率信号进行采样；
滤波电路，其输入端与采样电路的输出端连接，用于对频率信号进行滤波，转换为定时信号；
功率管推动电路，其输入端与滤波电路的输出端连接，用于根据定时信号调整输出的占空比信号；功率管推动电路的输出端与主控电路的第二输入端连接，主控电路根据占空比信号驱动无刷电机。
可选地，还包括：母线电流采样电路，其输入端与母线电路连接，母线电流采样电路的输出端与主控电路的第三输入端连接，用于检测母线电路的电流信号，并将电流信号发送至主控电路；当母线电路发生过流现象时，主控电路产生中断。
可选地，母线电流采样电路还用于采集母线电路的锁止电流；
主控电路根据锁止电流调整锁止扭矩。
可选地，还包括：母线电压采样电路，与主控电路的第三输出端连接，用于检测主控电路的电压信号；当主控电路发生过压现象时，母线电压采样电路产生中断。
可选地，频率信号与占空比信号的关系为正相关。
可选地，还包括：无霍尔检测电路，其输入端与主控电路的第四输出端连接。
可选地，还包括：有霍尔检测电路，其输入端与主控电路的第五输出端连接，用于确定电机转子位置。
可选地，还包括：程序烧写口电路，其输出端与主控电路的第四输入端连接。
可选地：电源控制模块，与主控电路、采样电路、滤波电路和功率管推动电路连接。
可选地：还包括一角位移传感器，其设置在所述无刷电机上，所述角位移传感器的输出端与所述主控电路连接；
当通过所述锁止扭矩将所述无刷电机锁止后，通过所述角位移传感器检测所述无刷电机是否转动，如果所述无刷电机继续转动，则切断所述锁止电流；
通过所述角位移传感器实时检测所述无刷电机每次转动角度范围，如果无刷电机的单次转动角度范围超过设定值时，则终止所述无刷电机的驱动电流。
本发明实施例的有益效果：
1、主控芯片接收频率信号，对其进行采样、滤波处理，得到定时信号，该定时信号改变主控芯片P8、P9、P10、P11、P14和P15脚的输出占空比，进而推动功率管改变无刷电机的驱动占空比和相序。主控芯片通过接收罗拉控制模块的脉冲信号，对脉冲信号进行处理，转换为占空比输出控制无刷电机的运行状态，从而实现无刷电机代替步进电机驱动电脑横机控制罗拉运行。
2、主控芯片通过母线电流采样采集锁止电流，通过控制电机驱动占空比控制扭矩，从而实现锁止电流与扭矩对应。
3、在将脉冲信号转换为频率信号后，再通过实际需要运算出对应的输出占空比，实现无刷电机替代步进电机在电脑横机控制罗拉驱动的应用。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例中一种电脑横机控制罗拉运行的无刷控制器的结构图；
图2示出了本发明实施例中一种光耦电路示意图；
图3示出了本发明实施例中一种主控芯片示意图；
图4示出了本发明实施例中一种功率管推动电路结构图；
图5示出了本发明实施例中一种母线电流采样电路结构图；
图6示出了本发明实施例中一种母线电压采样电路结构图；
图7示出了本发明实施例中一种无霍尔检测电路结构图；
图8示出了本发明实施例中一种有霍尔检测电路结构图；
图9示出了本发明实施例中一种程序烧写口电路结构图；
图10示出了本发明实施例中一种电源控制模块结构图；
图11示出了本发明实施例中一种LED灯显示电路结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
目前无刷电机的调速在技术层面应用基本是以下两种：模拟电压调速和PWM调速(即占空比调速)，本发明实施例中采用的是脉冲频率调速。
本发明实施例提供了一种电脑横机控制罗拉运行的无刷控制器，如图1所示，包括光耦电路1，主控电路2，采样电路3，滤波电路4和功率管推动电路5，其中：光耦电路1的输入端与罗拉控制模块的脉冲信号输出端连接，用于将脉冲信号转换为频率信号；主控电路2的第一输入端与光耦电路1的输出端连接，用于采集频率信号；采样电路3的输入端与主控电路2的第一输出端连接，用于对频率信号进行采样；滤波电路4的输入端与采样电路3的输出端连接，用于对频率信号进行滤波，转换为定时信号；功率管推动电路5的输入端与滤波电路4的输出端连接，用于根据定时信号输出占空比信号；占空比信号用于驱动无刷电机。
在本实施例中，主控电路、采样电路和滤波电路的功能均由主控芯片实现，光耦电路和功率管推动电路为外围电路。如图2-4所示，主控芯片为dsPIC33系列芯片，其P35脚与光耦UU1的输出端连接，P21脚与光耦UU2的输出端连接，光耦UU1、2的输入端与横机的罗拉控制模块连接，将罗拉控制模块输出的脉冲信号转换为频率信号。主控芯片接收频率信号，对其进行采样、滤波处理，得到定时信号，该定时信号改变主控芯片P8、P9、P10、P11、P14和P15脚的输出占空比，进而推动功率管改变无刷电机的驱动占空比和相序。
在具体实施例中，无刷电机参数为150W，DC48V，空载1800转，减速箱(1:50)，代替原90BYG步进电机的2H20504，8细分，1.6KHz至3.2Khz两个速度。罗拉驱动的脉冲信号、方向信号的幅值是+12V，脉冲范围为1-10KHz，对应横机整机的系统参数为1～100。主控芯片的作用为：接收罗拉控制模块的脉冲信号，对脉冲信号进行处理，转换为占空比输出控制无刷电机的运行状态，从而实现无刷电机代替步进电机驱动电脑横机控制罗拉运行。
作为可选的实施方式，如图5所示，还包括：母线电流采样电路，其输入端与母线电路连接，母线电流采样电路的输出端与主控电路的第二输入端连接，用于检测母线电路的电流信号，并将电流信号发送至主控电路；当母线电路发生过流现象时，主控电路产生中断。
在本实施例中，主控芯片的P20引脚接收母线电流采样电路的采样结果，对其进行监控。
作为可选的实施方式，母线电流采样电路还用于采集母线电路的锁止电流；主控电路根据锁止电流调整锁止扭矩。
在本实施例中，主控芯片通过母线电流采样采集锁止电流，通过控制电机驱动占空比控制扭矩，从而实现锁止电流与扭矩对应。电机锁止电流与扭矩的对应关系如表1所示。无刷电机停转后锁定，且根据锁止电流调整锁止扭矩，防止罗拉在无刷电机停转后继续滚动，导致针板打开，继而出现撞针的情况。
表1
作为可选的实施方式，如图6所示，还包括：母线电压采样电路，其输入端与主控电路的第三输出端连接，用于检测主控电路的电压信号；当主控电路发生过压现象时，母线电压采样电路产生中断。
在本实施例中，主控芯片的P19引脚接收母线电压采样电路的采样结果，对其进行监控。
作为可选的实施方式，频率信号与占空比信号的关系为正相关。
在本实施例中，频率信号与占空比信号的关系如表2所示。在将脉冲信号转换为频率信号后，再通过实际需要运算出对应的输出占空比，实现无刷电机替代无刷电机在电脑横机控制罗拉驱动的应用。
表2
作为可选的实施方式，如图7所示，还包括：无霍尔检测电路的输入端与主控电路的第四输出端连接。
在本实施例中，主控芯片的P22-24引脚接无霍尔检测电路，通过反电动势检测确定电机转子位置，无需通过霍尔位置传感器即可操作。
作为可选的实施方式，如图8所示，还包括：有霍尔检测电路的输入端与主控电路的第五输出端连接，用于确定电机转子位置。
在本实施例中，主控芯片的P25-27芯片引脚(HA、HB、HC)接直流无刷电机霍尔信号线，电机霍尔信号经阻容元件滤波后形成HALL_A、HALL_B、HALL_C信号送主控芯片，主控芯片采样HALL_A、HALL_B、HALL_C高低电平从而得到电机霍尔位置，从而输出正确的电机换相信号，控制电机正常运转。
作为可选的实施方式，如图9所示，还包括：程序烧写口电路的输出端与主控电路的第三输入端连接。
在本实施例中，主控芯片的P34、P37、P41和P42引脚接程序烧写口电路的输出端，用于写入控制程序，例如前述实施例中频率信号与占空比信号的关系、锁止电流与扭矩对应关系。
作为可选的实施方式，如图10所示，还包括：电源控制模块，与主控电路、采样电路、滤波电路和功率管推动电路连接。
在本实施例中，电源输入端是接线端子J1_1(接电源正极)、J1_2(接电源负极)，电源电压范围24V～48V。直流电源控制模块为各个芯片电路提供3.3V、5V以及15V的直流电压源。J1_3、J1_4、J1_5(U、V、W)接直流无刷电机线。
在具体实施例中，如图11所示，还包括LED灯，连接主控芯片的P2引脚，故障时LED灯亮起，正常时LED灯熄灭。
实施例二
为了检测无刷电机的转动情况，本实施例中，还包括一角位移传感器，其设置在所述无刷电机上，用于检测无刷电机的转动过程，所述角位移传感器的输出端与所述主控电路连接，将转子角度位置信息反馈至主控电路中。
特别的，本发明中，提供锁止扭矩是为了将每次运转特定角度后的无刷电机锁定，将罗拉上织物收紧同时收紧力不能太大避免将织物拉断或变形，如果不提供锁止扭矩的话，罗拉会在织物自身的收紧力下继续转动失位，影响下一步针织过程。
但是在非常情况下，比如织物没有被拉紧或者断线，导致罗拉上没有预紧力，此时，如果无刷电机单次运转结束继续提供锁止扭矩的话，会驱动无刷电机继续运转，导致进一步失位等故障，为此需要检测无刷电机提供锁止扭矩后是否继续有转动。具体的，当通过所述锁止扭矩将所述无刷电机锁止后，通过所述角位移传感器检测所述无刷电机是否转动，如果所述无刷电机继续转动，则切断所述锁止电流，避免无刷电机继续运转导致故障发生，起到保护作用。
另一方面，罗拉每次转动角度范围时特定的，通过所述角位移传感器实时检测所述无刷电机每次转动角度范围，如果无刷电机的单次转动角度范围超过设定值时，则终止所述无刷电机的驱动电流。当无刷电机的单次运转角度超范围时，设备处于故障或失步状态，如果未及时发现故障，将会发生针织头会被打断，损失过大，本发明中通过角位移传感器及时检测出故障并停机，起到双保险作用。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
