摘要：本文主要介紹目前國內(nèi)常用的半定子繞線機控制系統(tǒng)。包括繞線機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、原理，以及多種電機的控制算法，人性化人機接口的實現(xiàn)等。
關(guān)鍵詞：半定子繞線機、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電機控制、無級調(diào)速、穩(wěn)定性、人機接口
1、引言
本系統(tǒng)主要針對于空調(diào)等家用電器馬達線圈的繞線和排線而設(shè)計。隨著我國家電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與完善，其市場容量不斷擴大，自動化程度不斷提高，對家用電器馬達的需求量也逐年增長。但由于市場的成熟，競爭必然越演越烈。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爭中贏得市場。而本文介紹的繞線機控制系統(tǒng)就是針對這一點而設(shè)計，很適合需要控制質(zhì)量、擴大規(guī)模、降低成本的廠家來裝配新設(shè)備或進行舊設(shè)備的改造。
2、系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)由四個模塊組成：主控電路板模塊、人機接口模塊、無刷電機控制模塊，步進電機控制模塊。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)其他三個模塊的工作，并實現(xiàn)電機控制算法，人機接口的交互與用戶編程的存儲，系統(tǒng)外部事件的捕捉與管理等。
（2）人機接口：給用戶提供友好的操作編程界面，和完備的系統(tǒng)信息。
（3）繞線電機控制模塊：由一個直流無刷電機和其驅(qū)動器組成，完成繞線工作。
（4）步進電機控制模塊：由兩個步進電機及配套驅(qū)動器組成，共同完成換槽位與排線工藝。
3、系統(tǒng)硬件實現(xiàn)
系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)，主要目標是在保障系統(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，不僅運算能力強大，內(nèi)部定時器與中斷資源豐富，自帶2K的可編程EEPROM，可以勝任多個外部事件實時管理、3個電機的控制算法、人機接口交互的實現(xiàn)、用戶程序的編輯與存儲等。
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為外部的輸出信號供電，提高系統(tǒng)信號的驅(qū)動能力和抗干擾能力，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
（2）人機接口模塊
人機接口模塊硬件，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現(xiàn)所有人機交互與用戶編程功能。
（3）繞線電機控制模塊
繞線電機控制模塊硬件，主要由57SW系列高性能直流無刷電機及配套的WS2208驅(qū)動器組成，以及光電感應(yīng)計數(shù)、測速電路組成。57SW直流無刷電機與 WS2208驅(qū)動器搭配，可以實現(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±10轉(zhuǎn)/分，而成本遠遠低于市場上同等性能的主流產(chǎn)品。而計數(shù)、測速電路僅以一個光電感應(yīng)開關(guān)為基礎(chǔ)，配合一定的高效算法，便實現(xiàn)了快速、準確地計數(shù)、測速功能，大大降低了系統(tǒng)的硬件成本。
（4）步進電機控制模塊
步進電機控制模塊硬件，根據(jù)實際應(yīng)用需求，為負載較大的分度電機選用了56混合式步進電機與容量較大的DMD403步進電機驅(qū)動器，而負載較小的排線電機則選用了混合式42電機及容量較小的DMD402步進電機驅(qū)動器。并在軟件上為兩個步進電機設(shè)計了S型加減速算法、間隙補償算法等，讓系統(tǒng)以最簡單的硬件配備，減少運行振動，保證機器性能和加工效果。
4、軟件系統(tǒng)設(shè)計
由圖可知，系統(tǒng)軟件由三個模塊組成，各模塊又分三層來實現(xiàn)和管理。
（1） 人機接口模塊
此模塊通過鍵盤與LCD液晶的驅(qū)動，來實現(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?，把各個界面當作一個界面對象來管理，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，為各個界面對象建立了狀態(tài)機管理機制，這樣增強了每個界面對象的功能，又簡化了各個界面間的跳轉(zhuǎn)操作，并讓模塊的擴展能力得到加強。
（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實現(xiàn)了兩個步進電機的S型加減速算法，間隙、角度補償算法，減少了機械運行時的振動和沖擊，并達到了至少0.5o的精度（精度視具體精度而定，機械性能良好時，可達0.1o）；②實現(xiàn)了步進電機二次復(fù)位的算法，保證了系統(tǒng)的復(fù)位精度和穩(wěn)定性；③為繞線電機實現(xiàn)了S型的無級調(diào)速算法，使得繞線電機可以在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，并輔以定時器建立的時間坐標，實現(xiàn)實時繞線計算和測速功能。
在本模塊的應(yīng)用層，根據(jù)加工文件建立了狀態(tài)機來管理和實現(xiàn)繞線加工過程的所有工藝要求。使用狀態(tài)機的優(yōu)點在于①對于加工過程復(fù)雜的工藝，狀態(tài)機流程清晰，便于管理；②轉(zhuǎn)態(tài)機好的擴展性，可以幫助系統(tǒng)適應(yīng)更多應(yīng)用場合的工藝需求。
5. 結(jié)束語
本系統(tǒng)依據(jù)空調(diào)室內(nèi)機等家用電機的半定子量身定制。采用先進運動控制算法控制2路步進電機，1路無刷電機；實現(xiàn)了友好的人機接口界面與簡易的編程方式；實時高效的繞線計數(shù)與測速功能。整個系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)上，很好的把高性能和低成本結(jié)合在一起，具備很強的市場競爭能力，并已成功應(yīng)用于浙江臥龍家用電機有限公司。