[發明專利]用于紡織應用系統上的多伺服控制裝置

有效

• 申請號: 200710023712.5
• 申請日: 2007-07-04
• 公開（公告）號: CN101109933A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 李錫放
• 申請（專利權）人: 江蘇萬工科技集團有限公司
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 孫仿衛

技術領域

本發明屬于紡織機械領域，特別是涉及一種用于紡織應用系統上的多伺服控制裝置。

背景技術

復雜的工業控制產品需要同時用到多個伺服系統，例如數控機床行業用到的多軸聯動，其中的每一軸都要用到一套伺服控制系統，多個伺服控制系統之上還有一個總的控制系統。紡織機械行業也會用到多個伺服控制系統，例如無梭織機中的電子送經和電子卷取系統，就用到二套伺服控制系統；例如毛巾織機有二個經軸，底經和面經，加上電子卷取，就要用到三套伺服控制系統；例如電子開口裝置，可能用到2、4、6、8、16等多套伺服控制系統。通常的多伺服控制系統，除了每套伺服各有控制系統外，還有一個總的控制系統協調各伺服系統的動作。對于這種多伺服系統，總體構成相當復雜，人們很自然地會想到怎樣利用集中設計的方法降低成本、縮小體積、提高性能。紡織機械使用的多伺服系統，其動作都有一定的相關性，其控制模型也都基本相同，用控制行業的術語說，它們有共同的外環，且外環參數比較單一。例如電子送經和電子卷取，以經紗張力為外環參量；電子開口，以開口量為參量。數控機床行業的多軸聯動系統，其各軸的運動是獨立，外環的目標是復雜的曲面或曲線，集中設計的難度較大。因此，紡織機械使用的多伺服系統比數控機床行業使用的多伺服系統更具內、外環集中設計的可行性和實用性。

具體來講，紡織應用系統通常包括多個伺服電機、安裝在每個伺服電機內的轉子位移傳感器、用于感應伺服電機運動效果的外環傳感器，多伺服控制裝置就是對多個伺服電機進行控制，此控制通常分為①位置控制、②速度控制、③電流控制。所謂位置控制，就是指根據位置指令與位置反饋的差分發生速度指令而將控制對象物控制在目的位置的控制。所謂速度控制，就是指根據速度指令與速度反饋的差分發生電流(轉矩)指令而將控制對象物控制在目的速度的控制。所謂電流控制，就是指根據電流指令與電流反饋的差分控制電流驅動器而將控制對象物控制為目的電流值的控制。

中國發明專利授權公告號CN1273875C，授權公告日2006年9月6日，發明名稱：伺服控制裝置，公開了一種多伺服系統集中設計的技術方案，其技術方案的核心手段是使用專用的LSI(大規模集成電路)構成邏輯運算部，同時完成多伺服系統的各個伺服的電流控制環的運算。

如其所述：“在伺服電機的控制中，對于①位置控制、②速度控制和③電流控制的各控制周期(時間)，必須是①＞②＞③的關系。這是因為，為了控制速度，必須以更快的響應時間控制轉矩(電流)，同樣，為了控制位置，應以更快的響應時間控制速度。”“按照本發明，作為專用硬件電路的數字邏輯電路進行控制，取代使用軟件進行控制的CPU。數字邏輯電路雖然有缺乏通用性、規格變更困難的不利一面，但是，只要時鐘頻率相同，就可以具有CPU的數十倍的數據處理能力。因此，可以進行高速的電流運算，從而可以顯著地提高控制性能。”

此技術方案中有幾個方面是值得討論的：

1、越快性能越好：一般來說，硬件的速度比軟件快，這是不爭的事實，但是對于一個具體的工程實現，并非總是“越快性能越好”。現有的伺服控制，都是基于PWM逆變器工作的，其中PWM的載波頻率的上限多選擇為18KHz～20KHz，這是超過人耳聽覺頻率(16KHz)因而取得降低噪聲效果的合適的值。選擇過高的PWM頻率會帶來許多問題：功率元件的價格因速度上升而急劇上升；功率元件因高速而容易發熱因而要留有更大的功率設計余量，成本上升；驅動電路的元件成本和制作要求上升；電機是感性負載，高的電流變化率會引起更高的反沖電壓，要提高功率元件的耐高壓能力在現時一方面有成本上升的問題，一方面還受半導體制造技術的限制；對于電機這樣的感性元件也并非頻率越高越好，目前小慣量伺服電機的響應速度為毫秒量級，超過20KHz的激勵頻率并無好處，反而會帶來要求線圈耐壓升高這樣的問題。因此，對于現有技術，包括半導體元件技術和電機技術，選擇18KHz～20KHz的PWM載波上限頻率是合適的。20KHz的PWM載波頻率對應的周期是50微秒，控制系統只要在50微秒周期內完成運算就可以滿足要求，速度再高并無實際意義。而現有的微處理器技術，已經可以在50微秒內做許多工作，包括復雜的運算。

2、LSI比CPU便宜：在幾年前是這樣的，但近幾年DSP及ARM器件發展迅速，性能/價格比急速上升，而FPGA、CPLD類器件的價格下降較少，要完成上述的處理速度及處理復雜程度，用LSI實現比用CPU實現的價格明顯要高。