[发明专利]高速智能花样机多维动态协同运动控制方法

权利要求书

1.高速智能花样机多维动态协同运动控制方法，在主轴伺服电机匀速运转的同时，通过检测前时主轴伺服电机的速度和XY轴下一针的距离控制XY轴的送料运动，花样机一个工作周期内，在XY平面上夹放布料的工作台移动一个针距长度后停止，Z轴缝制针头穿过布料经跳线后移出布料，完成一针缝制；在这个周期内，步进电机驱动的工作台快速启动加速，然后运动完成一个针距后立即减速停止；其特征在于：根据前时伺服电机运动速度，即由伺服电机运动速度测算出当前XY轴可用的运动时间即时间维度，以及X轴、Y轴下一步运动的送布距离，即空间域，在整个加减速过程中，采用可变的加减速度参数，避免速度提升与平稳性能之间的冲突；多维动态协同运动控制的步骤为：

1)初始化设定：在满足电机驱动力矩方程的前提下，计算生成动态变加速曲线，继而通过采样方式得到曲线离散值，转换为脉冲频率，以二维数据表方式事先保存在程序存储单元中；同时读取花样轨迹及所需要的针数n保存至程序存储单元；设定花样针序数值为0；Z轴针尖移动到原始启动位置H点；其中，H-针尖运动最高点；

2)Z轴伺服电机按输入速度运行，带动针尖运动经过A点，到达L点，此时，花样机完成拨线辅助动作；Z轴保持匀速返回至B+δ位置；其中，A-针尖向下运动时与工作平面α的交点，L-针尖向下运动最低点，δ-随机定义的长度变量，δ→0；B-针尖向上回复运动时与工作平面α的交点；

3)在机针由B+δ经H点至A+δ运动时，控制系统首先获取下一针轨迹点的X/Y步距并转换成步进电机转角；之后，根据当时伺服电机的速度和步进电机送布距离判断是否要对伺服电机Z轴进行调速，如果此时步进电机性能能满足要求，则伺服电机匀速运动，如果此时步进电机不能满足要求，则降低伺服电机速度，以适应步进电机；

4)根据X轴、Y轴的步距，分别查表选择合理的动态变加减速曲线采样脉冲频率值，调整X轴、Y轴步进电机速度；控制X/Y轴电机转动，完成运动过程；花样针序数加1；

5)比较花样针序数与初始设定针数n值的大小，如大于，则缝制工作结束；否则，重复步骤2)～4)。

2.根据权利要求1所述的高速智能花样机多维动态协同运动控制方法，其特征在于：所述电机驱动力矩方程属于一类典型的二阶微分方程：

Jd2θdt2+βdθdt+Kθ+TZ=Td---(1)]]>

式(1)中，J为系统总的转动惯量，包括电机自身惯量与负载惯量之和；θ为转子转角；β为系统阻尼系数；K为与θ有关的比例因子；T_z为系统中不随转角和转速变化的阻力矩之和；T_d为步进电机提供的输出力矩；

由式(1)，在驱动脉冲的频率较低时，步进电机的转矩比较大；随着频率的上升，转矩近似于线性下降；由式(1)，系统的惯性扭矩Jε为

Jϵ=Jd2θdt2=Td-βdθdt-Kθ-TZ---(2)]]>

式中：Jε为惯性扭矩；ε为角加速度；

惯性扭矩Jε小于最大电磁扭矩Td；

由于驱动脉冲的频率与转子的速度成正比关系，故在步进电机不失步的前提下，转子的角加速度ε正比于驱动频率f对时间t的微分；对于角加速度曲线，其方程都是一次方程：

ϵ=dfdt=A-Bf---(3)]]>

式中，A和B是待定的常数；假定变速是从某频率f0升始同f1变化，那么对式(3)进行拉氏变换后得到：

SF(S)-f₀+BF(S)-A/S＝0    (4)

即：

F(S)＝A/[S(S+B)]+f₀/(S+B)    (5)

通过反变换，整理后：

f(t)=A/B+(f0-A/B)e-Bt]]>

=Aτ+(f0-Aτ)e-1τ---(6)]]>

f(t)=f0+C(1-e-tτ)---(7)]]>

式(7)中：C＝Aτ-f₀，τ为时间常数，τ＝1/B；

由式(7)得出符合步进电机矩频特性的动态变加速曲线，τ决定加速曲线的快慢，减速曲线为加速曲线的反置。