步进电动机在针织开幅机上的应用
何福友 （军械工程学院）
张素欣 （石家庄市纺织研究所）
1引言
国内的开幅机大都为人工操作，要达到每分钟几十米的开幅速度，操作工人要随时注意开幅线，及时调整开幅线的偏差，劳动强度非常大，且难以控制开幅的精度。少数几种开幅机，虽有光电自动跟踪装置，但检测与执行机构不尽人意，剖幅精度低，速度也达不到设计要求。
本文研制的用步进电动机作为开幅线跟幅的执行电机，用单片机控制其纠偏的步数和方向，不仅结构简单，调试维修方便，实现了机电一体化设计，而且达到了予期的目的，比国内同类产品的速度和开幅精度都有相当大的提高。
2主要技术指标
a．检测范围：适用于针织毛巾、汗衫、棉毛、毛棉等织物。要求织物的开幅线缝隙透光性与四周组织的透光性有比较显著的差异。
b．织物直径的范围（异布花篮进布处）：φ300～700mm。
c．织物门幅（出布处）：1000～2200mm。
d．适应布速：12～60m/min。
e．织物布型：干、湿筒针织物，缝隙宽度1～5mm。
f．剖幅精度：小于或等于±2mm。
g．具有故障报警，超差自停及处理功能。
3开幅机的结构
整机由电源、舒解机构、传感器组、单片机模块、跟踪执行杌构、超限报警及处理机构、切割控制、卷布控制组成。
准备开幅的布要经过舒解机构去捻，基本上保证输入机器的布没有卷捻，进入导布花篮，针织筒子被撑开，使织物保持足够的张力。经过由光电传感器组成的传感头及单片机组成的智能模块随时判断开幅线的位置，并发出各种控制指令，以驱动纠偏电机旋转，及时校正开幅线，使其始终对准剪切刀口，开幅控制与卷布控制同步，当开幅线超出检测范围时，超限报警，并控制开幅和卷布机构自动停止，单片机处理程序驱动跟踪电机自动寻缝，当开幅线回到正常位置后，重新启动开幅控制和卷布运动，系统继续运行。
4传感器的设计和执行机构的选择
开幅机的关键是开幅的速度和开幅的精度，归根到底是检测的精度和执行机构的响应速度。因而传感器的设计和执行机构的选择就决定了整个机器的性能。
4.1光电传感器的构成
传感器由红外光光源构成的发射头、硅光电池组构成的检测头及其放大和信号转换部分组成。当针织物的开幅线对准硅光电池组的正中间时，若红外光透过被测物时，留有开幅线的地方对应的光电池得到的电势信号就与周围光电池不同，经过对信号进行放大和a/d转换，由单片机识别开幅线的位置，用其指挥纠偏处理，基本上能达到所要求的检测精度。传感器与单片机的接口框图如图1所示。
为了满足多参数测量和分时采集的要求，选用带多路开关的a/d转换器，通过电缆直接与被测信号相联，读入信号进行放大再转换，这样可以避免多路开关引入较大的误差，且各路信号通过一个放大器可以减少硬件。
4.2执行电机的选择
为了达到规定的响应速度，所选电机应有快速响应的特点，实现小调偏量的快速调节。电机本身要具有适当的转矩，才能拖动导布花篮。当转矩选择过大，机电时间常数就增大，随动特性变差；转矩选择过小，拖不动导布花篮，往往造成堵转或烧毁电机，甚至发生转轴被扭断的现象。因此初选步进电机作为执行电机，当矩角特性和矩频特性都适当时，甚至可以不带齿轮减速机构就可以达到拖动的要求。因而避免了减速元件所产生的噪声及搌动，同时避免了电机正反转间隙误差和传递误差的产生，提高系统的精度，简化系统结构，也不会产生减速箱漏油造成的织物污染现象。
4.2.1电机步长的确定
若布前进速度即开幅速度为60m/min，则为im/s或1mm/ms，在此速度下，若刀口已偏离开幅线5mm，在最不利情况下开幅线与轴线成60度夹角，这样每前进1mm，偏差又增加0. 866mm，这就要求布料前进过程中，每前进1mm就要及时修正0.866mm以上才能保证调整到正确的切口位置。即布料前进速度为imm/ms，要求每毫秒的修正量必须大于0. 866mm，暂设定为每毫秒的修正量为1mm，据此可确定步进电机的起动频率及每步转角 |
