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摘要：伺服电机驱动器是电脑绣花机的执行机构，伺服电机驱动器执行的结果直接反映到绣品的质量。
关键词：伺服;精确控制
随着计算机技术、电子技术的不断推广，国内的电脑绣花机已具备高效、高质量、低成本、高稳定性以及绣品的统一性等特点，已取代相当一部分人工刺绣，将大量的劳动力从繁琐、低效的劳动中解放出来，并大幅度降低了绣品的成本。与此同时，电脑绣花机的绣品质量将决定绣品本身的市场价值，伺服电机驱动器对各轴的精确控制就显得尤为重要。
一、电脑绣花机的伺服电机驱动器介绍
电脑绣花机用到的伺服电机驱动器的位置主要有两种，共三个，分别是主轴、X轴、Y轴。主轴是电脑绣花机速度的主要体现者，绣花机的速度就是指主轴的转动速度，主轴每转一圈，就完成一针的绣做，正常绣做主轴只朝一个方向转动，但在针扎到布的瞬间需要的力量最大。X轴、Y轴是用来移动绣框的，分别控制X轴的左右移动和Y轴的上下移动，绣框的移动必须在针离开布面的时间到下一针落下来之前完成，所以，X/Y轴驱动器刚性较强，并隨着主轴的速度增大绣框移动的速度，因为X/Y轴驱动器负载都是绣框，所以参数完全一样。
同一台电脑绣花机，一般主轴驱动器比X/Y轴驱动器功率更大，但是刚性略低。这和负载，还有动作性质有关。
二、伺服电机驱动器的设计
1.硬件设计。
本文讨论的伺服电机驱动器设计方案由微控制器+伺服电机驱动器专用控制芯片+ IPM模块组成，并配有存储器、CPLD和相应的接口电路、人机交互、多路开关电源等组成。
微控制器选用LPC17XX系列Cortex - M3微控制器，其工作速度最高可达120MHZ，拥有最高512KB闪存、最高64KB SRAM、12位A/D转换器、10位D/A转换器及内部RC振荡器。微控制器是伺服电机驱动器的处理核心，用来完成通讯和各种收到和反馈的信号处理，并控制人机交互。
伺服电机驱动器专用控制芯片选用IRMCK201伺服电机控制器，它可以完成速度环和电流环的闭环控制，配以微控制器的位置环闭环控制，实现精确控制。
IPM模块是伺服电机驱动器的执行机构，其电源和控制信号、反馈信号均与控制回路隔离，以保证安全并减少相互干扰。IPM收到控制电路发来的动作信号，执行相应的操作，并通过电流传感器将输出的各路电流反馈回控制器，并在过载时，主动发出过流报警信号，反馈回控制器。
存储器主要用于存储断电前的一些信息，保证重新上电后能保持这些重要的信息。
CPLD用做逻辑处理，主要是控制信号和反馈信号的逻辑处理。
接口电路主要由伺服电机驱动器的控制信号、编码器信号、电机线接口以及电源输入等。控制信号包括电脑绣花机电脑发送过来的使能信号、方向信号、速度信号;编码器信号是伺服电机自带的编码器反馈回来的信号，用以确定电机运动的当前位置，已确定之后的运动速度和方向;电机线接口为UVW输出，直接驱动伺服电机运动;电源输入接口提供交流电源，有单相AC220V，三相AC220V， 三相AC380V三种供电方式。
人机交互包括面板上的数码显示管和按键组成，数码显示管以菜单形式展示，可以显示当前驱动器工作信息和报警信息，按键用以设置参数和查找驱动器信息。
多路开关电源采用电源开关芯片和高频变压器的控制方式，输出多路隔离电源，满足驱动器的使用。
2.软件设计。
伺服电机驱动器的软件设计思路，是微控制器为核心，提供给伺服电机驱动器专用控制芯片相关信息，将控制信号传输IPM，IPM驱动电机运动。
具体为伺服电机驱动器通电后，先检测驱动器本身状态和编码器状态，正常时，可通过按键操作，输入相关参数，并保存。当驱动器收到绣花机电脑发来的伺服使能信号有效后，接收方向信号和速度信号才有效，其中方向信号的高低，决定电机转动方向;速度信号为脉冲信号，脉冲信号的频率就是电机转动的速度。此三信号通过信号处理后由微控制器接收和解析，然后将动作信息传递给伺服电机控制器，伺服电机控制器将动作信息解析后，再通过光耦隔离发送至IPM模块，IPM通过UVW信号发送至伺服电机，驱动伺服电机动作，电机编码器将电机的当前位置信息反馈回伺服电机控制器，实现闭环控制。此过程中，若有异常，则停止电机驱动，并提示报警信息。
报警信息主要由过流、堵转、过压、过载、编码器未连接、过热、位置超差等，可根据显示的报警信息检查使用环境和维修损坏的驱动器。
三、未来发展方向
随着机械工业的发展，机械的精度将越来越高，电机的驱动必将向着更高的速度、更重的负载、更高的精度方向发展。更高的速度，决定更高的产量，需要转速更快的电机，更高的齿轮比，更大的IPM模块来实现;更重的负载，决定更多的机头、更大的绣框，这个主要指瞬间的过载能力，可通过提高IPM模块的功率或更准确的控制来实现;更高的精度，是指伺服电机驱动器的动态响应特性，控制的越精确，绣品的精细程度越高，及绣品的品质越高，这个响应时间需要提高接收命令的速度提高，需要以更快更准的通讯方式减少接收延时，并改进控制算法达到更快更准。与此同时，伺服电机驱动器的控制器还应当进一步的简化，接口、处理器、执行器等更简单、更专业，算法固化，以提高伺服电机驱动器的稳定性、高效性、可靠性、高抗干扰性，并简化维修，降低成本等等。还可以通过通讯总线，实现各驱动器之间互相通讯，组网，协调各驱动器动作的配合，减少绣花机电脑控制风险。
参考文献：
[1] 蔡祺祥，马万太，郭超 基于IRMCK201芯片的新型交流伺服控制系统.江苏电器，2008，N0.11。
[2] 李正中，温希东，李益民 基于IRMCK201数字交流伺服驱动器的设计，微特电机， 2004，004
[3] 李欣;李波;万荣飞 高性能数字运动控制芯片IRMCK201功能及其应用 国外电子元器件，2005，004
关键词：伺服;精确控制
随着计算机技术、电子技术的不断推广，国内的电脑绣花机已具备高效、高质量、低成本、高稳定性以及绣品的统一性等特点，已取代相当一部分人工刺绣，将大量的劳动力从繁琐、低效的劳动中解放出来，并大幅度降低了绣品的成本。与此同时，电脑绣花机的绣品质量将决定绣品本身的市场价值，伺服电机驱动器对各轴的精确控制就显得尤为重要。
一、电脑绣花机的伺服电机驱动器介绍
电脑绣花机用到的伺服电机驱动器的位置主要有两种，共三个，分别是主轴、X轴、Y轴。主轴是电脑绣花机速度的主要体现者，绣花机的速度就是指主轴的转动速度，主轴每转一圈，就完成一针的绣做，正常绣做主轴只朝一个方向转动，但在针扎到布的瞬间需要的力量最大。X轴、Y轴是用来移动绣框的，分别控制X轴的左右移动和Y轴的上下移动，绣框的移动必须在针离开布面的时间到下一针落下来之前完成，所以，X/Y轴驱动器刚性较强，并隨着主轴的速度增大绣框移动的速度，因为X/Y轴驱动器负载都是绣框，所以参数完全一样。
同一台电脑绣花机，一般主轴驱动器比X/Y轴驱动器功率更大，但是刚性略低。这和负载，还有动作性质有关。
二、伺服电机驱动器的设计
1.硬件设计。
本文讨论的伺服电机驱动器设计方案由微控制器+伺服电机驱动器专用控制芯片+ IPM模块组成，并配有存储器、CPLD和相应的接口电路、人机交互、多路开关电源等组成。
微控制器选用LPC17XX系列Cortex - M3微控制器，其工作速度最高可达120MHZ，拥有最高512KB闪存、最高64KB SRAM、12位A/D转换器、10位D/A转换器及内部RC振荡器。微控制器是伺服电机驱动器的处理核心，用来完成通讯和各种收到和反馈的信号处理，并控制人机交互。
伺服电机驱动器专用控制芯片选用IRMCK201伺服电机控制器，它可以完成速度环和电流环的闭环控制，配以微控制器的位置环闭环控制，实现精确控制。
IPM模块是伺服电机驱动器的执行机构，其电源和控制信号、反馈信号均与控制回路隔离，以保证安全并减少相互干扰。IPM收到控制电路发来的动作信号，执行相应的操作，并通过电流传感器将输出的各路电流反馈回控制器，并在过载时，主动发出过流报警信号，反馈回控制器。
存储器主要用于存储断电前的一些信息，保证重新上电后能保持这些重要的信息。
CPLD用做逻辑处理，主要是控制信号和反馈信号的逻辑处理。
接口电路主要由伺服电机驱动器的控制信号、编码器信号、电机线接口以及电源输入等。控制信号包括电脑绣花机电脑发送过来的使能信号、方向信号、速度信号;编码器信号是伺服电机自带的编码器反馈回来的信号，用以确定电机运动的当前位置，已确定之后的运动速度和方向;电机线接口为UVW输出，直接驱动伺服电机运动;电源输入接口提供交流电源，有单相AC220V，三相AC220V， 三相AC380V三种供电方式。
人机交互包括面板上的数码显示管和按键组成，数码显示管以菜单形式展示，可以显示当前驱动器工作信息和报警信息，按键用以设置参数和查找驱动器信息。
多路开关电源采用电源开关芯片和高频变压器的控制方式，输出多路隔离电源，满足驱动器的使用。
2.软件设计。
伺服电机驱动器的软件设计思路，是微控制器为核心，提供给伺服电机驱动器专用控制芯片相关信息，将控制信号传输IPM，IPM驱动电机运动。
具体为伺服电机驱动器通电后，先检测驱动器本身状态和编码器状态，正常时，可通过按键操作，输入相关参数，并保存。当驱动器收到绣花机电脑发来的伺服使能信号有效后，接收方向信号和速度信号才有效，其中方向信号的高低，决定电机转动方向;速度信号为脉冲信号，脉冲信号的频率就是电机转动的速度。此三信号通过信号处理后由微控制器接收和解析，然后将动作信息传递给伺服电机控制器，伺服电机控制器将动作信息解析后，再通过光耦隔离发送至IPM模块，IPM通过UVW信号发送至伺服电机，驱动伺服电机动作，电机编码器将电机的当前位置信息反馈回伺服电机控制器，实现闭环控制。此过程中，若有异常，则停止电机驱动，并提示报警信息。
报警信息主要由过流、堵转、过压、过载、编码器未连接、过热、位置超差等，可根据显示的报警信息检查使用环境和维修损坏的驱动器。
三、未来发展方向
随着机械工业的发展，机械的精度将越来越高，电机的驱动必将向着更高的速度、更重的负载、更高的精度方向发展。更高的速度，决定更高的产量，需要转速更快的电机，更高的齿轮比，更大的IPM模块来实现;更重的负载，决定更多的机头、更大的绣框，这个主要指瞬间的过载能力，可通过提高IPM模块的功率或更准确的控制来实现;更高的精度，是指伺服电机驱动器的动态响应特性，控制的越精确，绣品的精细程度越高，及绣品的品质越高，这个响应时间需要提高接收命令的速度提高，需要以更快更准的通讯方式减少接收延时，并改进控制算法达到更快更准。与此同时，伺服电机驱动器的控制器还应当进一步的简化，接口、处理器、执行器等更简单、更专业，算法固化，以提高伺服电机驱动器的稳定性、高效性、可靠性、高抗干扰性，并简化维修，降低成本等等。还可以通过通讯总线，实现各驱动器之间互相通讯，组网，协调各驱动器动作的配合，减少绣花机电脑控制风险。
参考文献：
[1] 蔡祺祥，马万太，郭超 基于IRMCK201芯片的新型交流伺服控制系统.江苏电器，2008，N0.11。
[2] 李正中，温希东，李益民 基于IRMCK201数字交流伺服驱动器的设计，微特电机， 2004，004
[3] 李欣;李波;万荣飞 高性能数字运动控制芯片IRMCK201功能及其应用 国外电子元器件，2005，004