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摘要：介绍了一种工业缝纫机控制领域的设计，采用DSP芯片TMS320LF2406A实现永磁同步电机空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制器的原理，给出了一种基于精确的光电编码信号测速的无电流环直接电压控制策略，来设计工业缝纫机控制器的硬件组成结构及软件设计思想。实验结果验证了该方案的可靠性和优良性。
关键词：SVPWM；工业缝纫机；伺服控制；低成本
光电编码器检测到脉冲后由DSP控制器计算出当前的转速，同设定的转速进行比较，比较后通过积分分离的PID算法，得出应当施加的转矩值，通过SVPWM算法，实施到PMSM电机上面，整个控制器以DSP芯片为核心再配以简单可靠的外围电路，其控制算法及功能全部由软件实现[1]。这种方案采用的是不检测电流，直接通过电压控制的技术，对于工业缝纫机这类负载波动较小的电机较为适用，由于省掉了电流测量环节，使整个系统更为简洁，并降低了成本[2]。
1.系统主电路的设计框架
工业缝纫机用伺服控制系统整体结构中220V市电输入，整流桥、滤波电容、制动器、IPM逆变器和PMSM构成系统的功率电路，光电编码器信号构成的速度位置检测电路和数字信号处理器（dsp）构成控制回路，人机界面、键盘和各种功能电磁阀构成外围电路[3]。
2.软件设计
系统的各种缝制功能以及控制策略的实现，主要靠系统软件来完成，因此，可靠的硬件设计是基础，软件设计才是核心。主程序只完成系统内核和外设的初始化任务，完成与操作面板的握手通讯，然后处于等待状态，等待进入超级循环，等待脚踏板输入的相应处理，并且当中断到来时，进行相应的中断服务子程序。其中主要的几个中断服务子程序主要包括PWM定时中断、通讯中断、零脉冲捕获中断以及模块的功率中断。完整的磁场定向控制控制算法用PWM定时中断服务程序中实现。在定时器T3中断周期内，从五路光电编码信号即可计算转子位置角和转速，当完成所有反馈通道计算后，再调用正向通道中电压超前角的计算模块函数，完成PMSM的转子位置定位算法[4]。最后在PWM中断定时器T1周期内，调用T3中断中的位置计算结果，结合SVP-WM算法输出三相逆变器的空间矢量PWM波信号，完成一次速度环和位置环的控制。两个PWM定时中断程序的流程如图3和图4所示。通讯中断程序主要用来接收并刷新控制参数，同时设置运行模式；光电编码器零脉冲捕获中断程序可实现对编码器反馈零脉冲精确地捕获，从而得到交流永磁同步电机矢量变换定向角度的修正值；功率驱动保护中断程序则用于检测智能功率模块的故障输出，当出现故障时，DSP的PWM通道将被封锁，从而使输出变成高阻态[5]。
3.实验结果
利用上文设计的控制器，对已经生产的工业缝纫机伺服驱动系统样品进行了各方面的测试，其中缝纫机整机相关参数：J—系统机械惯（J=0.187×10-3kg·m2）；fm—粘性摩擦系数（fm=10-4N·M/（rad/s）；R—电机绕组电阻（R=6.5Ω）；UD—电机绕组电压（UD=300V）；L—电机绕组电感（L=0.3474H）；其伺服控制性能达到如下指标：速度在150～5000r/min实现无极变速，速度控制精度小于5r/min；启动加速时间小于200ms，刹车减速时间小于150ms；上下停针精度偏差2°。另外，无电流环控制的伺服控制系统，电流正弦性很好，波形平滑度较好，说明电流得到了较好的控制。并且通过市场批量检测，本系统具有很好的静态动态特性，保证了工业缝纫机伺服系统的优良特性。
4.未来发展趋势
缝制设备行业与服装业密切相关，缝制设备水平的提升关系到整个服装产业链的发展，同时也对缝制设备企业提出更高的要求。经过我国缝制设备行业几代人多年的努力，我国缝制设备企业已步入以技术创新为主要特征的快速发展阶段。我国缝机企业和产品已经逐渐在国际缝制设备中低市场中站稳了脚跟，确立了世界缝制设备生产大国的地位。因此，我国众多整机、零部件生产企业当前的主要问题不是能否生存，而是如何通过技术创新、管理创新、观念创新、增加品牌附加值等手段，广泛地参与到高科技、高附加值的高端产品市场竞争中去。从而彻底摆脱我国依靠廉价劳动力等因素成为“世界缝纫机加工工厂”的形象。2006年，我国缝制设备行业的多家企业推出了自己最新的产品——偏置机构式大梭轴心、自动供油机构、伺服电机、直接驱动系统等。从中我们看到最新的机电一体化、无油化技术已经广泛地应用于新机器上。这些新产品体现了我国缝机企业向高端市场进军的信心和实力，是树立“中国制造”形象的需要，更是我国从缝制设备生产大国向世界缝制设备强国发展的需要。
参考文献
[1]何峰，李哲.针织制造执行系统的原理和应用[J].针织工业.2010 （2）： 10-13.
[2]李德芳，张朝俊，蒋白桦，刘伟.面向流程企业的可配置MES体系结构[J].化工学报.2010（2）： 352-358.
[3] 李楠，刘敏，严隽薇.面向钢铁连铸设备维护维修的工业物联网框架[J].现代制造服务技术.2010全国现代制造集成技术学术会议论文集.2010. 993-1000
[4] 安筱鹏.工业是物联网应用的重要领域——物联网在工业领域中的应用专题研讨会综述[J].中国经济和信息化.2010 （5）
[5]INGE GR0NB K. M2M Architecture with Node and Topology Abstractions [J]. Telektronikk .2009（2）.89-110.
作者简介：
徐建勇（1979.6-）男，籍贯：浙江台州，学历：本科，职称：工程师，研究方向：机械，职务：副所长
关键词：SVPWM；工业缝纫机；伺服控制；低成本
光电编码器检测到脉冲后由DSP控制器计算出当前的转速，同设定的转速进行比较，比较后通过积分分离的PID算法，得出应当施加的转矩值，通过SVPWM算法，实施到PMSM电机上面，整个控制器以DSP芯片为核心再配以简单可靠的外围电路，其控制算法及功能全部由软件实现[1]。这种方案采用的是不检测电流，直接通过电压控制的技术，对于工业缝纫机这类负载波动较小的电机较为适用，由于省掉了电流测量环节，使整个系统更为简洁，并降低了成本[2]。
1.系统主电路的设计框架
工业缝纫机用伺服控制系统整体结构中220V市电输入，整流桥、滤波电容、制动器、IPM逆变器和PMSM构成系统的功率电路，光电编码器信号构成的速度位置检测电路和数字信号处理器（dsp）构成控制回路，人机界面、键盘和各种功能电磁阀构成外围电路[3]。
2.软件设计
系统的各种缝制功能以及控制策略的实现，主要靠系统软件来完成，因此，可靠的硬件设计是基础，软件设计才是核心。主程序只完成系统内核和外设的初始化任务，完成与操作面板的握手通讯，然后处于等待状态，等待进入超级循环，等待脚踏板输入的相应处理，并且当中断到来时，进行相应的中断服务子程序。其中主要的几个中断服务子程序主要包括PWM定时中断、通讯中断、零脉冲捕获中断以及模块的功率中断。完整的磁场定向控制控制算法用PWM定时中断服务程序中实现。在定时器T3中断周期内，从五路光电编码信号即可计算转子位置角和转速，当完成所有反馈通道计算后，再调用正向通道中电压超前角的计算模块函数，完成PMSM的转子位置定位算法[4]。最后在PWM中断定时器T1周期内，调用T3中断中的位置计算结果，结合SVP-WM算法输出三相逆变器的空间矢量PWM波信号，完成一次速度环和位置环的控制。两个PWM定时中断程序的流程如图3和图4所示。通讯中断程序主要用来接收并刷新控制参数，同时设置运行模式；光电编码器零脉冲捕获中断程序可实现对编码器反馈零脉冲精确地捕获，从而得到交流永磁同步电机矢量变换定向角度的修正值；功率驱动保护中断程序则用于检测智能功率模块的故障输出，当出现故障时，DSP的PWM通道将被封锁，从而使输出变成高阻态[5]。
3.实验结果
利用上文设计的控制器，对已经生产的工业缝纫机伺服驱动系统样品进行了各方面的测试，其中缝纫机整机相关参数：J—系统机械惯（J=0.187×10-3kg·m2）；fm—粘性摩擦系数（fm=10-4N·M/（rad/s）；R—电机绕组电阻（R=6.5Ω）；UD—电机绕组电压（UD=300V）；L—电机绕组电感（L=0.3474H）；其伺服控制性能达到如下指标：速度在150～5000r/min实现无极变速，速度控制精度小于5r/min；启动加速时间小于200ms，刹车减速时间小于150ms；上下停针精度偏差2°。另外，无电流环控制的伺服控制系统，电流正弦性很好，波形平滑度较好，说明电流得到了较好的控制。并且通过市场批量检测，本系统具有很好的静态动态特性，保证了工业缝纫机伺服系统的优良特性。
4.未来发展趋势
缝制设备行业与服装业密切相关，缝制设备水平的提升关系到整个服装产业链的发展，同时也对缝制设备企业提出更高的要求。经过我国缝制设备行业几代人多年的努力，我国缝制设备企业已步入以技术创新为主要特征的快速发展阶段。我国缝机企业和产品已经逐渐在国际缝制设备中低市场中站稳了脚跟，确立了世界缝制设备生产大国的地位。因此，我国众多整机、零部件生产企业当前的主要问题不是能否生存，而是如何通过技术创新、管理创新、观念创新、增加品牌附加值等手段，广泛地参与到高科技、高附加值的高端产品市场竞争中去。从而彻底摆脱我国依靠廉价劳动力等因素成为“世界缝纫机加工工厂”的形象。2006年，我国缝制设备行业的多家企业推出了自己最新的产品——偏置机构式大梭轴心、自动供油机构、伺服电机、直接驱动系统等。从中我们看到最新的机电一体化、无油化技术已经广泛地应用于新机器上。这些新产品体现了我国缝机企业向高端市场进军的信心和实力，是树立“中国制造”形象的需要，更是我国从缝制设备生产大国向世界缝制设备强国发展的需要。
参考文献
[1]何峰，李哲.针织制造执行系统的原理和应用[J].针织工业.2010 （2）： 10-13.
[2]李德芳，张朝俊，蒋白桦，刘伟.面向流程企业的可配置MES体系结构[J].化工学报.2010（2）： 352-358.
[3] 李楠，刘敏，严隽薇.面向钢铁连铸设备维护维修的工业物联网框架[J].现代制造服务技术.2010全国现代制造集成技术学术会议论文集.2010. 993-1000
[4] 安筱鹏.工业是物联网应用的重要领域——物联网在工业领域中的应用专题研讨会综述[J].中国经济和信息化.2010 （5）
[5]INGE GR0NB K. M2M Architecture with Node and Topology Abstractions [J]. Telektronikk .2009（2）.89-110.
作者简介：
徐建勇（1979.6-）男，籍贯：浙江台州，学历：本科，职称：工程师，研究方向：机械，职务：副所长