DE3721904C2 - Motorsteuerung für eine Nähmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerung für eine Nähmaschine.

Aus der DE 31 45 232 A1 ist eine Motorsteuerung für eine Nähmaschine mit einem drehzahlgeregelten, kollektorlosen Gleichstrommotor bekannt. Der Gleichstrommotor weist eine Statorwicklung und einen Rotor auf. Eine Inverterschaltung zum Erregen der Statorwicklung ist vorgesehen. Diese wird durch eine Invertersteuerung zur Aktivierung der Inverterschaltung und Erzeugen eines Drehfeldes in dem Gleichstrommotor gesteuert. Eine Befehlseinheit ist zum Ausgeben eines Start- und Stoppbefehlssignales vorgesehen. Ein Detektor kann die Winkelstellung des Motors und damit eine vorbestimmte Position der Nadel erkennen und ein entsprechendes Positionssignal ausgeben. Wenn der Gleichstrommotor angehalten werden soll, werden mittels einer Mikroprozessorsteuerung beim Positionieren stufenweise verringerte Drehzahlsollwerte bis zum Stillstand aufgeschaltet. Schließlich wird für eine fest vorgegebene Zeitspanne eine Bremsspannung aufgeschaltet, die den Antrieb endgültig stillsetzt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Anhaltesteuerung der Nadel einer Nähmaschine zu vereinfachen und die Nähmaschine an einer vorbestimmten Position zu halten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Motorsteuerung für eine Nähmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß aus der EP 176 599 A1 eine Motorsteuerung für eine Nähmaschine bekannt ist, bei der ein Synchronmotor verwendet wird und ein Inverter zur Steuerung des Motors der Nähmaschine benutzt wird. An dem Rotor ist ein Permanentmagnet vorgesehen, der zum Halten des Rotors in einer vorbestimmten Position dient.

Aus der DE 32 48 983 T1 ist eine Motorsteuerung für eine Nähmaschine bekannt, bei der die Geschwindigkeit eines zugehörigen Asynchronmotors durch einen Inverter gesteuert wird. Bei diesem Inverter wird der Motor durch Nutzbremsung, Gleichstrombremsung oder Negativphasenbremsung abgebremst. Die Steuerung der Anhalteposition der Nadel geschieht durch eine mechanisch-elektromagnetische Bremse, so daß die Nadel in der vorher bestimmten Position gestoppt wird. Die elektromagnetische Bremse vergrößert jedoch den Motor und benötigt einen eigenen Treiberkreis.

Schließlich wird darauf hingewiesen, daß die Bildung von Stillstandsmomenten bei Drehstromasynchronmotoren aus z. B. VDI-Z 123 (1981, Nr. 10, Seiten 419 bis 428) bekannt ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es folgt eine Erläuterung der Erfindung, um deren Verständnis zu fördern.

Es wird ein Aktivierungssignal in Übereinstimmung mit einer im wesentlichen sinusförmigen Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt. Der angeregte Zustand im Eingabezeitpunkt des Positionssignales wird aufrechterhalten als Antwort auf das Positionssignal. Mit anderen Worten, der Zyklus der Statorwicklungsaktivierung wird fortgesetzt. Der Rechteck-PWM oder Vielfach-PAM können ebenfalls verwendet werden.

In Anbetracht des oben genannten wird die Inverterschaltung von der Invertersteuerung entsprechend einer vorbestimmten Reihenfolge aktiviert, wodurch das veränderliche Drehfeld im Asynchronmotor erzeugt wird und der Motor synchron oder rutschend damit gedreht wird. Die Richtung des Drehfeldes wird vom Aktivierungssignal der Invertersteuerung gesteuert. Die Nadel geht hoch und runter im Einklang mit der Motordrehrichtung. Nachdem das Stoppsignal, das die Drehung steuert, und das Positionssignal empfangen wurden, wird die Stoppsteuerung der Nadel ausgeführt, indem das Drehfeld gesteuert wird zum Anhalten an einer vorbestimmten Position. So wird der Asynchronmotor in der vorbestimmten Position angehalten. Ferner wird die Bremskraft während der Stoppsteuerung durch die Stärke des Drehfeldes eingestellt.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Diagramm einer allgemeinen Anordnung einer Ausführungsform,

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm für ein Aktivierungssignal mit Sinus-PWM,

Fig. 3 ein Vektordiagramm des Aktivierungssignales,

Fig. 4 ein einen Zusammenhang zwischen einem Drehfeld und einer Aktivierungsbedingung zeigendes Vektordiagramm,

Fig. 5A u. 5B ein Flußdiagramm der Arbeitsschritte einer MPU,

Fig. 6 eine Daten der Aktivierungssteuerung enthaltende Tabelle,

Fig. 7 eine Daten zur Frequenzsteuerung enthaltende Tabelle, und

Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm über das Aktivierungssignal.

Im folgenden wird eine Ausführungsform in Verbindung mit den Fig. 1 bis 8 beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen vollständigen Aufbau einer Nähmaschine mit einer Motorsteuerung einer Ausführungsform. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Nähmaschine 1, die mit einer Hauptwelle 2 darin versehen ist. Die Hauptwelle 2 wird für die Auf- und Niederbewegung einer Nadelstange 3 eingesetzt, die mit der Nadel 4 versehen ist. Die Nadel 4 bewegt sich relativ zu einem Tisch 5 durch die Stichplatte hindurch auf und nieder im Zusammenspiel mit der Drehung der Hauptwelle 2, so daß ein Nähgut genäht wird. Die Hauptwelle 2 ist mit einem Stellungssensor 9 zum Erkennen der Nadelposition versehen. Der Stellungssensor 9 weist eine an der Hauptwelle 2 vorgesehene in Sektoren aufgeteilte Deckplatte 9a, mit einer Kerbe und einem Photounterbrecher 9b auf. Der Strahl geht durch die Kerbe, so daß die Drehstellung der Hauptwelle 2 erkannt wird. Der Stellungssensor 9 erkennt durch die Lage der Kerbe, wann die Nadel 4 einen vorbestimmten oberen Punkt (im Verhältnis zum Nähgut) erreicht hat. Das vom Stellungssensor 9 erkannte Signal wird an eine Steuereinrichtung 6 ausgegeben.

Die Hauptwelle 2 wird durch einen Asynchronmotor (ASM) 14 über Riemenscheiben 20 und 22 und einen Riemen 21 gedreht. Der Asynchronmotor (ASM) 14 enthält einen Rotor 141 und eine Statorwicklung 142, die mit Energie von der Inverterschaltung 13 versorgt werden, dessen Transistoren durch einen Treiberkreis 8 aktiviert werden. Der Treiberkreis 8 ist mit einer Mikroprozessoreinheit (MPU) 7 verbunden und gibt ein Steuersignal für jeden Transistor der Inverterschaltung 13 als Antwort auf das Steuersignal von der MPU 7 aus. Die MPU 7 enthält ein ROM 10, das ein Aktivierungssteuerprogramm und eine Steuertabelle speichert, und ist mit einer Nähgutsteuerung 12 verbunden, die ein Befehlssignal unter Berücksichtigung der Drehung des Asynchronmotors 14 entsprechend der Nähdaten ausgibt. Die Nähsteuerung 12 gibt ein Startbefehlsignal als Reaktion auf ein Niedertreten eines Pedales 30 und ein Stoppbefehlsignal als Reaktion auf dessen Loslassen aus.

Die Inverterschaltung 13 enthält einen Glättungskondensator 15, einen Leistungsumkehrteil 16 und einen 3-Phasen-(Voll-Wellen-) Gleichrichterkreis 19. Der Leistungsumkehrteil 16 ist so konstruiert, daß 6 Transistoren in einer 3-Phasen-Brücke miteinander verbunden sind.

Dies ist die Motorsteuerung für die Nähmaschine, die automatisch entsprechend den Nähdaten näht. Die Aktivierungssteuerung erfolgt gemäß der von der MPU 7 ausgegebenen Sinus-PWM (Pulsbreitenmodulation). Transistoren Q1 bis Q6, die den Leistungsumkehrteil 16 darstellen, sind in 3 Gruppen aufgeteilt (Q1, Q4), (Q2, Q5) und (Q3, Q6). Die zwei Transistoren einer jeden Gruppe sind nicht gleichzeitig ein- oder ausgeschaltet, sondern wechseln sich ab, außer während der Totzeit, in der der Kurz-aus-Zustand gleichzeitig eintritt, um eine Zerstörung der Elemente durch Kurzschlüsse während des Ein-Aus-Schaltens zu vermeiden. Die Aktivierungssignale (T1, T2, T3) für die Transistoren (Q1, Q2, Q3) werden von der MPU 7 zum Treiberkreis 8 gesandt. Die Aktivierungssignale (T4, T5, T6) werden von dem Treiberkreis 8 an den Inverterkreis 13 geschickt.

Die im wesentlichen sinusförmige PWM unterteilt eine Periode einer 3-Phasen-Sinuswelle durch N und moduliert an jedem Teilungspunkt die Amplitude in eine Pulsweite. Fig. 2 zeigt die Aktivierungssignale (T1-T6) und die an den Asynchronmotor (ASM) 14 angelegte Leiterspannung V, wobei jeweils eine 3-Phasen-PWM dargestellt wird. Fig. 3 zeigt ein Vektordiagramm, in dem die Aktivierungssignale (T1, T2, T3) eine 3-Phasen-Spannung darstellen, wenn jedes Signal auf "1" bei einem hohen und auf "0" bei einem niedrigen Spannungspegel gesetzt ist. Es gibt 8 Zustände der 3-Phasen- Spannung: V0(0,0,0), V1(1,0,0), V2(1,0,1), V3(0,0,1), V4(0,1,1), V5(0,1,0), V6(1,1,0) und V7(1,1,1).

Die Spannungszustände V0 und V7 geben den Fall an, in dem dem Motor keine Energie zugeführt wird. V0 kann alternativ benutzt werden. Die 3-Phasen-PWM-Signale erhält man durch sequentielles Ändern dieser Spannungszustände, indem man eine ganze Periode als Parameter durchgeht. Die in der durch N geteilten Periode erhaltenen 3-Phasen-PWM-Signale (ab jetzt Aktivierungsperiode genannt) werden durch V0, die zwei anderen fortlaufenden Spannungszustände und die dazugehörige fortlaufende Periode repräsentiert. Nach Antreiben des ASM mit den PWM-Signalen wird das Drehfeld wie in Fig. 4 gezeigt erzeugt. Nach Beendigung des jeweiligen Vorgangs einer Aktivierungsperiode ist das Drehfeld an den N-geteilten Positionen P1-PN auf dem Kreis positioniert. Der Spannungszustand V0 in jedem Intervall kann verlängert werden, wodurch die Drehgeschwindigkeit des Motors und die mittlere Spannung reduziert werden. Somit wird die Geschwindigkeitssteuerung zum Konstanthalten von V/f ausgeführt.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist das Aktivierungssignal so gespeichert, daß jede Phase des Signales (T1, T2, T3) entsprechend der durch N geteilten Aktivierungsperiode für die vorherbestimmte Zeit auf einem hohen Pegel verbleibt. Wenn die maximale Frequenz 60 Hz beträgt, wird eine integrierte Zeit S von jeder Aktivierungsperiode festgelegt auf 1/60 N sec. Bei jeder Periode, z. B. bei der Aktivierungsperiode A1, wird die fortlaufende ON-Zustandsperiode jeder Phase so festgelegt, daß T1<T2<T3 gilt. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird das Signal (1,1,0) für t1 sec, das Signal (1,0,0) für t2 sec und das Signal (0,0,0) für S-(t1+t2) sec, ausgegeben. Danach wird das Frequenzüberwachungssignal F wie in Fig. 7 gezeigt zusammen mit dem Geschwindigkeitsbefehl eingegeben und das Signal (0,0,0) kontinuierlich für eine Dauer F sec ausgegeben. Als nächstes wird der nachfolgende Vorgang zur Aktivierung in der nächsten Aktivierungsperiode ausgeführt. So wird das Drehfeld von PN nach P1 verlegt und wird nacheinander von P1 nach PN verdreht.

Unter Zuhilfenahme von Fig. 5 wird im folgenden ein Vorgang von Start bis Stopp im Hinblick auf die Nähmaschine beschrieben.

Als erstes wird ein Startbefehlssignal für den ASM 14 von der Nähsteuerung 12 bei Schritt 100 eingegeben. Verschiedene Parameter zur Aktivierung werden in Schritt 102 gesetzt. Insbesondere wird ein Adreßpointer PWADUS für ein Aktivierungssignal gleich der Kopfadresse einer Tabelle mit Aktivierungssteuerinformation gesetzt und ein Adreßpointer ALD zur Frequenzsteuerung wird gleich einer Steuerinformation in einer Adresse mit einer Minimalfrequenz gesetzt, und STNUM wird auf "0" gesetzt. Dementsprechend wird das Aktivierungssignal entsprechend der obigen Tabelle ausgegeben und der ASM 14 beginnt sich zu drehen. Im nachfolgenden Schritt 104 wird das Aktivierungssignal ausgegeben und PWADUS wird auf das zuvor gespeicherte PWADUS plus 3 gesetzt. Wird das Befehlssignal zum Beschleunigen empfangen, wird der Adreßpointer ALD zur Frequenzüberwachung auf hohe Frequenz in den Schritten 108-112 vorgeschoben. Das Aktivierungssignal (0,0,0) wird während der Aktivierungsperiode entsprechend der Periode der Steuerdaten so ausgegeben, daß die Frequenz eingestellt wird. Umgekehrt wird im Falle eines Bremsbefehls der Adreßpointer ALD auf niedrige Frequenz in den Schritten 108-116 vorgeschoben. Da diese Arbeitsschleifen wiederholt ausgeführt werden, wird der ASM 14 zum Arbeiten bei einer konstanten oder veränderlichen Geschwindigkeit gesteuert, nachdem er auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit beschleunigt hat.

Nach Empfang des Stoppbefehlsignales in Schritt 106, wird in Schritt 118 die Geschwindigkeit des Motors, bis die Geschwindigkeit auf einen vorbestimmten Wert abfällt, abgebremst. Das Programm geht weiter auf Schritt 120, in dem bestimmt wird, ob die Nadel 4 eine vorbestimmte Position über dem Nähgut erreicht hat oder nicht. Ist ein YES (Ja) bei Schritt 120 erkannt worden, geht das Programm weiter zu Schritt 122, wo festgelegt wird, ob eine Anhaltedauer STNUM größer als eine vorbestimmte Dauer n ist oder nicht. Die Dauer n ist länger als die Dauer F. Wenn die Entscheidung YES ist, geht das Programm auf Schritt 100 zurück. Ist die Entscheidung NO (Nein), geht das Programm auf Schritt 124, wo PWADUS auf den zuvor gespeicherten Wert von PWADUS weniger 3 gesetzt wird. In Schritt 126 wird das Aktivierungssignal ausgegeben und PWADUS wird auf den zuvor gespeicherten Wert PWADUS plus 3 gesetzt. Das in Schritt 126 gesetzte PWADUS gibt eine Adresse an, in der die nächste Information in der Periode so gespeichert ist, daß das Drehfeld an PK steht, falls die Aktivierungsperiode Ak ist, wenn das Positionssignal erzeugt wird. In Schritt 126 wird der ASM 14 in der Periode Ak angesprochen. In nachfolgendem Schritt 128 wird das zu den Frequenzsteuerdaten gehörige Frequenzsignal ausgegeben und das Programm springt auf Schritt 122. Die Programmschleife von Schritt 122 bis 128 wird wiederholt ausgeführt. Entsprechend ist die Aktivierungsperiode bei Ak und das Drehfeld an der Position Pk festgelegt. Die Größe des Drehfeldes wird verändert in Abhängigkeit von der fortlaufenden Periode des in Schritt 128 festgelegten Aktivierungssignals (0,0,0). Das Drehfeld wird somit gesteuert angehalten, dadurch wird der Rotor des ASM 14 gebremst und die Nadel 4 in der vorbestimmten Position angehalten. Nachdem die vorher festgelegte Zeit n verstrichen ist, seitdem die Nadel angehalten wurde, geht das Programm zu Schritt 100 und die nächsten Arbeitsschritte werden dann ausgeführt.

Der Stoppbefehl kann automatisch von der Nähsteuerung anstatt von dem Pedal ausgegeben werden.

Claims (7)

1. Motorsteuerung für eine Nähmaschine, mit

• - einem Asynchronmotor (14) mit einer Statorwicklung (142) und einem Rotor (141) zum Bewegen einer Nadel (4) in Auf- und Abwärtsrichtung;
• - einer Inverterschaltung (13) zum Erregen der Statorwicklung (142);
• - einer Invertersteuerung (6) zum Steuern der Aktivierung der Inverterschaltung (13) und Erzeugen eines Drehfeldes in dem Asynchronmotor (14);
• - einer Befehlseinheit (12) zum Ausgeben eines Start- und Stoppbefehlssignales des Asynchronmotors (14) an die Invertersteuerung (6); und
• - einem Detektor (9) zum Erkennen einer vorbestimmten Position der Nadel (4) und zum Ausgeben eines Positionssignales davon an die Invertersteuerung (6),
• wobei die Invertersteuerung (6) aufweist
  • - eine Speichereinrichtung (10, 11) zum Speichern eines vorbestimmten Satzes von Aktivierungssteuerdaten, die Spannungsvektoren (V0-V7) relativ zu dem Drehfeld darstellen, und eine Aktivierungszeitdauer, die sich auf die Spannungsvektoren bezieht,
  • - eine Aktivierungssteuereinheit (7), die auf das Startbefehlssignal der Befehlseinheit (12) reagiert zum sequentiellen Lesen des Satzes von Aktivierungssteuerdaten aus der Speichereinheit (10, 11) in einem Abstand einer ersten vorbestimmten Zeitdauer (F) und zum Drehen des Drehfeldes in dem Asynchronmotor (14) als Reaktion auf den aus der Speichereinrichtung (10, 11) ausgelesenen Satz von Aktivierungssteuerdaten zum Auf- und Abbewegen der Nadel (4); und
  • - eine Stoppsteuereinheit (8) zum Aufrechterhalten der Richtung des Drehfeldes während einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer (n) als Reaktion auf die Aktivierungssteuerdaten, die dem Positionssignal entsprechen, das nach Abgabe des Stoppbefehlssignales von der Befehlseinheit (8) empfangen wird.

2. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite vorbestimmte Zeitdauer (n) länger als die erste vorbestimmte Zeitdauer (F) ist.

3. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Invertersteuerung (6) einen Verzögerungsteil aufweist, der auf das Stoppbefehlssignal der Befehlseinheit (12) zur Verzögerung der Rotorgeschwindigkeit antwortet, und daß die Stoppsteuereinheit (8) nach dem Verzögern durch das Verzögerungsteil wirksam wird.

4. Motorsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungsteil die erste vorbestimmte Zeitdauer (F) zum Verlangsamen der Rotorgeschwindigkeit vergrößert.

5. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Start- und das Stoppbefehlssignal einen Beschleunigungsbefehl und einen Verzögerungsbefehl enthalten und die Aktivierungssteuereinheit (7) die erste vorbestimmte Zeitdauer (F) als Reaktion auf den Beschleunigungsbefehl verkleinert und die erste vorbestimmte Zeitdauer (F) als Reaktion auf den Verzögerungsbefehl vergrößert.

6. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlseinheit (12) einen Beschleunigungs- und einen Verzögerungsbefehl einschließende Nähdaten speichert und diese Befehle in Übereinstimmung mit dem Nähfortgang ausgibt.

7. Motorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktivierungssignal in Übereinstimmung mit einer grundlegenden, im wesentlichen sinusförmigen Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt wird.