摘要：本文主要介紹目前國內(nèi)常用的半定子繞線機(jī)控制系統(tǒng)。包括繞線機(jī)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成,、原理,，以及多種電機(jī)的控制算法，人性化人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)等,。
關(guān)鍵詞：半定子繞線機(jī),、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電機(jī)控制,、無級(jí)調(diào)速,、穩(wěn)定性、人機(jī)接口
1,、引言
本系統(tǒng)主要針對(duì)于空調(diào)等家用電器馬達(dá)線圈的繞線和排線而設(shè)計(jì),。隨著我國家電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與完善，其市場(chǎng)容量不斷擴(kuò)大,，自動(dòng)化程度不斷提高,，對(duì)家用電器馬達(dá)的需求量也逐年增長。但由于市場(chǎng)的成熟,，競(jìng)爭(zhēng)必然越演越烈,。只有那些產(chǎn)品質(zhì)量好，規(guī)模大,、成本低的廠家才能在競(jìng)爭(zhēng)中贏得市場(chǎng),。而本文介紹的繞線機(jī)控制系統(tǒng)就是針對(duì)這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)，很適合需要控制質(zhì)量,、擴(kuò)大規(guī)模,、降低成本的廠家來裝配新設(shè)備或進(jìn)行舊設(shè)備的改造。
2,、系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)由四個(gè)模塊組成：主控電路板模塊,、人機(jī)接口模塊、無刷電機(jī)控制模塊,，步進(jìn)電機(jī)控制模塊,。系統(tǒng)的組成示意圖見圖2.1。
（1）主控電路板模塊：主要用來協(xié)調(diào)其他三個(gè)模塊的工作,，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制算法,，人機(jī)接口的交互與用戶編程的存儲(chǔ)，系統(tǒng)外部事件的捕捉與管理等,。
（2）人機(jī)接口：給用戶提供友好的操作編程界面,，和完備的系統(tǒng)信息,。
（3）繞線電機(jī)控制模塊：由一個(gè)直流無刷電機(jī)和其驅(qū)動(dòng)器組成，完成繞線工作,。
（4）步進(jìn)電機(jī)控制模塊：由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)及配套驅(qū)動(dòng)器組成,，共同完成換槽位與排線工藝。
3,、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn),，主要目標(biāo)是在保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，最大程度提高系統(tǒng)的性能和降低系統(tǒng)的成本,。
（1）主控制板模塊
主控制板的核心選用高性能的AVR貼片微控制器,，不僅運(yùn)算能力強(qiáng)大，內(nèi)部定時(shí)器與中斷資源豐富,，自帶2K的可編程EEPROM,，可以勝任多個(gè)外部事件實(shí)時(shí)管理、3個(gè)電機(jī)的控制算法,、人機(jī)接口交互的實(shí)現(xiàn),、用戶程序的編輯與存儲(chǔ)等。
另外,，主控板上有兩套電源系統(tǒng),，穩(wěn)壓5V給微控制器及光耦等芯片供電，24V為外部的輸出信號(hào)供電,，提高系統(tǒng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾能力,，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
（2）人機(jī)接口模塊
人機(jī)接口模塊硬件,，僅由一塊1602字符型液晶，2*4防抖鍵盤電路組成,，但通過緊湊的界面實(shí)現(xiàn)所有人機(jī)交互與用戶編程功能,。
（3）繞線電機(jī)控制模塊
繞線電機(jī)控制模塊硬件，主要由57SW系列高性能直流無刷電機(jī)及配套的WS2208驅(qū)動(dòng)器組成,，以及光電感應(yīng)計(jì)數(shù),、測(cè)速電路組成。57SW直流無刷電機(jī)與 WS2208驅(qū)動(dòng)器搭配,，可以實(shí)現(xiàn)200-4000轉(zhuǎn)/分的線性調(diào)速,，穩(wěn)態(tài)速度穩(wěn)定，精度可達(dá)±10轉(zhuǎn)/分,，而成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上同等性能的主流產(chǎn)品,。而計(jì)數(shù)、測(cè)速電路僅以一個(gè)光電感應(yīng)開關(guān)為基礎(chǔ),，配合一定的高效算法,，便實(shí)現(xiàn)了快速,、準(zhǔn)確地計(jì)數(shù)、測(cè)速功能,，大大降低了系統(tǒng)的硬件成本,。
（4）步進(jìn)電機(jī)控制模塊
步進(jìn)電機(jī)控制模塊硬件，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求,，為負(fù)載較大的分度電機(jī)選用了56混合式步進(jìn)電機(jī)與容量較大的DMD403步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,，而負(fù)載較小的排線電機(jī)則選用了混合式42電機(jī)及容量較小的DMD402步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。并在軟件上為兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)了S型加減速算法,、間隙補(bǔ)償算法等,，讓系統(tǒng)以最簡單的硬件配備，減少運(yùn)行振動(dòng),，保證機(jī)器性能和加工效果,。
4、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由圖可知,，系統(tǒng)軟件由三個(gè)模塊組成,，各模塊又分三層來實(shí)現(xiàn)和管理。
（1） 人機(jī)接口模塊
此模塊通過鍵盤與LCD液晶的驅(qū)動(dòng),，來實(shí)現(xiàn)與管理一系列相關(guān)的用戶界面,。模塊利用面向?qū)ο蟮乃枷耄迅鱾€(gè)界面當(dāng)作一個(gè)界面對(duì)象來管理,，這樣提高了代碼的重復(fù)利用率,，大大節(jié)約了代碼空間。然后在此基礎(chǔ)上,，為各個(gè)界面對(duì)象建立了狀態(tài)機(jī)管理機(jī)制,，這樣增強(qiáng)了每個(gè)界面對(duì)象的功能，又簡化了各個(gè)界面間的跳轉(zhuǎn)操作,，并讓模塊的擴(kuò)展能力得到加強(qiáng),。
（2） 文件管理接口模塊
文件管理模塊，在有限的EEPROM空間,，建立了29個(gè)定長文件的管理體系,。主要記錄文件的參數(shù)，以及一些加工的工藝細(xì)節(jié)信息,。
（3） 文件加工模塊
文件加工模塊,，是本系統(tǒng)軟件的核心模塊。在該模塊的API層,，①實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的S型加減速算法,，間隙、角度補(bǔ)償算法，減少了機(jī)械運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和沖擊,，并達(dá)到了至少0.5o的精度（精度視具體精度而定,，機(jī)械性能良好時(shí)，可達(dá)0.1o）,；②實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)二次復(fù)位的算法,，保證了系統(tǒng)的復(fù)位精度和穩(wěn)定性；③為繞線電機(jī)實(shí)現(xiàn)了S型的無級(jí)調(diào)速算法,，使得繞線電機(jī)可以在2s內(nèi)平穩(wěn)升速到3000轉(zhuǎn)/分,，并基本無過沖，保證了效率和繞線質(zhì)量,。④通過主控板的捕捉中斷功能,，并輔以定時(shí)器建立的時(shí)間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繞線計(jì)算和測(cè)速功能,。
在本模塊的應(yīng)用層,，根據(jù)加工文件建立了狀態(tài)機(jī)來管理和實(shí)現(xiàn)繞線加工過程的所有工藝要求。使用狀態(tài)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于①對(duì)于加工過程復(fù)雜的工藝,，狀態(tài)機(jī)流程清晰,，便于管理；②轉(zhuǎn)態(tài)機(jī)好的擴(kuò)展性,，可以幫助系統(tǒng)適應(yīng)更多應(yīng)用場(chǎng)合的工藝需求,。
5. 結(jié)束語
本系統(tǒng)依據(jù)空調(diào)室內(nèi)機(jī)等家用電機(jī)的半定子量身定制。采用先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制算法控制2路步進(jìn)電機(jī),，1路無刷電機(jī),；實(shí)現(xiàn)了友好的人機(jī)接口界面與簡易的編程方式；實(shí)時(shí)高效的繞線計(jì)數(shù)與測(cè)速功能,。整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上,，很好的把高性能和低成本結(jié)合在一起，具備很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,，并已成功應(yīng)用于浙江臥龍家用電機(jī)有限公司,。