[发明专利]一种恒张力供纱器及控制方法

权利要求书

1.一种恒张力供纱器，其特征在于，包括电机(1)、胀轴(3)、测距传感器(4)、控制盒(2)和纱线筒芯(5)；胀轴(3)同轴安装在电机(1)的输出轴上并能同电机轴一同转动，纱线筒芯(5)套设在胀轴(3)外侧，控制盒(2)安装在电机(1)的机身上，测距传感器(4)安装在控制盒(2)靠近纱线筒芯(5)的一侧且其探测方向正对纱线筒芯(5)；控制盒(2)用于通过测距传感器(4)的采集数据调节电机(1)输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，控制盒(2)内部设有控制电路，控制电路包含开关电源(9)、单片机(11)、比较器电路(16)、上部MOSFET驱动器(17)、下部MOSFET驱动器(18)、恒流源主电路(12)、电流传感器(19)和过压保护电路(10)；测距传感器(4)和比较器电路(16)连接到单片机(11)，比较器电路(16)输出分别连接上部MOSFET驱动器(17)和下部MOSFET驱动器(18)；上部MOSFET驱动器(17)和下部MOSFET驱动器(18)均连接到恒流源主电路(12)，恒流源主电路(12)连接到电机(1)；比较器电路(16)和恒流源主电路(12)输出之间还设置有电流传感器(19)；开关电源(9)为主电路(12)提供大功率动力电源并为控制线路提供低电压控制电源，过压保护电路(10)连接在开关电源(9)上，用来防止母线过电压，电流传感器(19)用来检测通过电机(1)电枢的电流；测距传感器采用超声波测距传感器。

3.根据权利要求2所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，比较器电路(16)中，比较器COMP1的输入+与单片机(11)的给定电流输出的模拟量输出相连，比较器的输入-与电流传感器(19)的输出相连。

4.根据权利要求3所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，比较电路中还包含回差电阻R15和R16，比较器接成正反馈型式。

5.根据权利要求2所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，MOSFET驱动器包含两个图腾柱输出的驱动电路，其中的上端MOSFET驱动电路(17)还包含一个自举电容和一个快恢复二极管及欠压保护电路；恒流源主电路(12)为开关电路，包含两个MOSFET：T1、T2和两个快恢复二极管D1、D2，T1、T2分别串联在电机绕组L1的两端，两个快恢复二极管中D1的阴极连接电机绕组L1+、阳极连接电源负极GND,D2的阴极连接电源母线正极、阳极连接电机绕组L1-。

6.根据权利要求1所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，开关电源(9)的输出电压高于电机在被反向拖动时的最高发电电压。

7.根据权利要求1所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，过压保护电路(10)为能耗式电阻开关线路，将主电路直流母线多余的电能通过电阻消耗。

8.根据权利要求1所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，过压保护电路(10)为一个能量回馈单元，具体为一个DC-AC逆变电路，将主电路直流母线多余的电能转变为与输入电源同频率的交流电并反馈给电网。

9.根据权利要求2所述的一种恒张力供纱器，其特征在于，单片机(11)还连接有显示器(13)和按键板(15)。

10.一种恒张力供纱器的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至9任意一项所述的一种恒张力供纱器，包括以下步骤：

采用单片机输出的信号电压VIN2为给定电流的大小，电流传感器输出的信号电压VIN1对应电机电枢电流大小；通过带有回差的比较器电路为恒流源开关电路的开关元件T1和T2的驱动电路提供控制信号；当VIN2＞VIN1+Vδ时，比较器COMP1输出电压VO为高电平，T1和T2导通；当VIN2＜VIN1+Vδ时，比较器COMP1输出电压VO为低电平，T1和T2关断；Vδ为比较电路的回差电压；

单片机含有失电存储器EEPROM记录纱筒的实际半径和标准纱筒输出额定张力时的电枢电流信号；标准纱筒是一个直径固定的纱筒，纱面缠有一层纱线；标定时，采用标准纱筒和拉力计，通过显示设置面板先输入名义力矩值，再用拉力计拉纱，根据读取的拉力计实测值按“+”或“-”修正偏差使测量值与标定值一致，单片机记录此刻的电枢电流信号和传感器传感器测量到的距离信息；单片机将按照VIN2＝VIN0×[R0-(L-L0)]给比较器提供一个电枢电流给定信号，其中VIN0是和传感器在标准纱筒设定张力对应的电枢电流检测信号，R0是标准纱筒的半径，L是传感器测量的距离，L0是传感器测量标准纱筒时的距离。