开放式飞梭刺绣机控制系统关键技术研究.pdf
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华中科技大学 硕士学位论文 开放式飞梭刺绣机控制系统关键技术研究 姓名：粟敏 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：朱国力 20070608 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 飞梭刺绣机作为当代最先进的刺绣机械，在国内的发展水平与国外相比还有很大 差距控制系统是飞梭刺绣机的核心，在很大程度上决定了刺绣机的性能，为了提高 国产飞梭刺绣机的技术水平，缩短与国外差距，本文对飞梭刺绣机控制系统的关键技 术进行了深入研究，并以 PMAC 运动控制卡为核心开发了飞梭刺绣机控制系统，结合 软件开发工具 VC++6.0，在 Windows2000 平台上完成了上位机软件的开发 本文主要内容如下： 1. 研究了布框速度规划和主轴转速算法运用最优控制的思想并结合庞特里亚 金的最大值原理对布框最短运动时间进行求解，同时规划出布框的速度曲 线，据此提出一种新的主轴转速算法 2. 分析了绣针、布框、压板的配合对刺绣效率产生影响的原因提出一种新的 刺绣工艺参数——压板作用系数，在本文提出的主轴转速算法的基础上，详 细阐述了压板作用系数的计算过程，并利用其提高刺绣效率。
3. 运用 Matlab 对本文提出的主轴转速算法进行仿真，结果表明采用本文提出的 算法，结合压板作用系数可以有效的控制冲击和提高刺绣效率 4. 根据飞梭刺绣机的功能需求，构建了飞梭刺绣机控制系统的平台详细讨论 了控制方案的确定，运动控制器的选择，控制系统的硬件结构，以及上位机 软件的功能、结构和工作流程 通过以上研究达到了提高飞梭刺绣机效率的目的，并且开发的飞梭刺绣机控制系 统在实际应用中取得了良好的效果 关键词： 刺绣；飞梭刺绣机；刺绣效率；控制系统；速度规划 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract As the most advanced embroidery device in the present age, shuttle embroidery machine is well developed abroad but in our country. As the most important part of shuttle embroidery machine, control system decides the performance. To enhance the technology level of the domestically produced shuttle embroidery machine and reduce the distance, researches on the key technologies of shuttle embroidery machine control system were done. And a shuttle embroidery machine control system was developed with the PMAC motion controller. The PC software was developed on Windows2000 platform with software develop tool VC++6.0. The main contents are as follows: 1. Research on the velocity planning of shuttle embroidery’s frame and computational method of the main spindle speed. Proposed to solve the frame velocity curve and the minimum movement time with time-optimal control and maximum principle. Then a new computational method of the main spindle speed was given. 2. Analyzed that how the coordination of needle, frame and platen influenced embroidery efficiency. Proposed a new embroidery technology parameter--platen coefficient, which was taken use of to improve embroidery efficiency. Based on the new computational method of the main spindle speed, the calculation process of the platen coefficient was given. 3. The new computational method of the main spindle speed was simulated with Malab. And the results indicated it can control impact and improve embroidery efficiency effectively with the platen coefficient. 4. According to the requirement of the shuttle embroidery machine, the platform of shuttle embroidery machine control system was constructed. The control program, choose of motion controller, hardware architecture, and the function, architecture and working-flow of the PC software were discussed in detail. Through these researches, the goal to improve efficiency of shuttle embroidery machine was achieved. And a good result was obtained when the developed shuttle embroidery machine control system was used. Key Words: Embroidery; Shuttle embroidery machine; Embroidery efficiency; Control system; Velocity planning 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。
尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已 经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本 人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□，在______年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 课题来源、目的及意义 1.1.1 课题来源 本课题来源于与浙江大田实业集团有限公司的横向合作项目：飞梭刺绣机的研究 与开发 1.1.2 课题的目的及意义 近年来，由于刺绣业的迅猛发展，我国已经成为世界上刺绣设备最大消费国，同 时也是最大生产国。
目前，国产刺绣设备产量已占全球的 70%以上，其中单头电脑刺 绣机、多头电脑刺绣机等产品已经完全可以替代进口，但是这些产品在市场上只属于 中低档次，作为高端产品的飞梭刺绣机依然依赖进口我国的刺绣设备制造业发展到 现在，只是形成了残酷的内部相互竞争、相互消耗的局面，并未对国外企业造成真正 的威胁[1][2] 飞梭刺绣机是当代最先进的刺绣机械，是随着电子、计算机技术、精密机械的发 展和应用而逐渐发展、成熟起来的一种高自动化、高生产效率的光、机、电一体化的 刺绣设备，它的应用极大的提高了刺绣品的产量目前，我国市场上主要有瑞士的苏 拉（Saurer）和丽绣（laesser）公司、意大利的卡麦罗（Comerio）公司和日本的平岗 公司（Hiraoka）的产品以苏拉和丽绣公司的产品为例，一台高性能的飞梭刺绣机 售价通常在 200~300 万元，对于国内很多走低成本路线的刺绣品生产商来说难以承 受到目前为止，国内还无法提供商品化的高性能飞梭刺绣机，对其控制系统的研制 也处于起步阶段 控制系统是飞梭刺绣机的核心，是完成刺绣动作和实现各种功能的灵魂，它在很 大程度上决定了刺绣机的性能因此，通过研究飞梭刺绣机控制系统的关键技术，开 发一套高效、优质、低价并且具有自主知识产权的控制系统，对于提升飞梭刺绣机控 制技术，实现高性能飞梭刺绣机的国产化，缩短与国外的技术差距，提高我国的刺绣 设备制造业乃至整个刺绣业的竞争力来说就具有很大的意义。
1.2 飞梭刺绣机简介[3] [4][5][6] 飞梭刺绣机是众多刺绣机械中的一种，它最长可达十几米，刺绣时最多有上千根 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 针在同时工作，是目前生产效率最高的大型刺绣机械 1．飞梭刺绣机的分类 目前常用的飞梭刺绣机有三种 类型：单层单框飞梭刺绣机，双层 双框飞梭刺绣机，单层双框飞梭刺 绣机 单层单框飞梭刺绣机 相对于其 他两种机型来说比较少见，它只有 一个刺绣面由于刺绣效率相对较 低，主要作为生产刺绣样品的机型 存在，如图 1.1 双层双框飞梭刺绣机共有两个 刺绣面，它在单层的基础上向上加 了一层，充分利用了空间，节省了 占地面积，由于上下两层共用一套 控制系统，提高了机器的性价比在相同的刺绣长度下，双层双框机是单层单框机针 位数的两倍，转速稍低，生产效率接近单层单框机的两倍，适合大批量生产刺绣机 分上下两层，工作人员需要上下走动，给操作和维护带来一定的困难 近年来使用较多的机型是单层双框飞梭刺绣机，它也有两个刺绣面，采用对面刺 绣技术，两组布框呈镜面布置，共用一组控制系统，提高了性价比，但是占地面积较 大。
相同的刺绣长度下，单层双框机的针位数与双层双框机相同，是单层单框机针位 数的两倍在这三种机型里单层双框机的转速最高，因此刺绣效率最高产生这种转 速差异的原因如下：飞梭刺绣机在运行时由主轴电机带动凸轮轴转动进而带动绣针做 往复运动，由于惯性力的作用会使机器产生振动，运行变得不平稳，刺绣精度降低； 单层双框机运行时两组绣针同时向相反的方向水平往复运动，惯性力互相抵消，使机 器运行更加平稳可靠，因此转速更高此外操作和维护人员可以很方便的达到刺绣 面，操作维护简单，生产更加安全 2．现代飞梭刺绣机的特点 飞梭刺绣机制造工艺复杂，生产企业较少，我国主要使用。
