[0001] 本发明涉及工业缝纫机技术领域，尤其涉及一种无位置传感器的单停针工业缝纫机控制方法及系统。

[0002] 目前，如图1所示，传统单停针工业缝纫机11的电控包括一套伺服电机3、高分辨率转子定位装置4或者电机编码器，以及对应的控制模块5、针杆运动机构2，驱动软件系统和其他相关的缝纫机机头控制开关等；控制模块5对电机运动的位置控制，依赖于电机轴端的霍尔位置传感器或者带有光学编码器、磁性编码器的位置传感器定位装置。

[0003] 在现有技术中，位置传感器定位装置需要相符合的安装空间，且结构支撑及定位准度的要求高，导致位置传感器定位装置的结构和工艺复杂，成本高；位置定位装置在长期使用过程中，容易受到恶劣工况的影响，工业缝纫机在高速运行中产生的布料碎屑、线头、油渍等，容易进入位置定位装置，导致设备故障，可维护性较差，后期使用成本较高。

[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0036] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0037] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

[0038] 一种无位置传感器的单停针工业缝纫机控制方法，如图2所示，包括，[0039] 步骤S1，启动电机，通过一数控系统获取电机对应的工业缝纫机的机针的初始位置，对工业缝纫机进行起缝控制；

[0040] 步骤S2，依据一模型参考自适应系统实时测算工业缝纫机在运行过程中电机的转速及转子位置，以控制机针进行往复运动；

[0041] 步骤S3，通过模型参考自适应系统计算电机转子的停止角度位置，以控制机针在工业缝纫机停止时的位置。

[0042] 具体地，本发明提供一种无位置传感器的单停针工业缝纫机控制方法，用于工业缝纫机技术领域，省去位置传感器，降低工业缝纫机数控系统成套成本，减少电机的复杂度，提高整机的可靠性和可维护性，提高整机系统的动静态性能，更加适用于高强度恶劣工况。

[0043] 进一步具体地，采用数控系统、模型参考自适应系统对工业缝纫机的起缝、运行、停止位置的机针进行控制，无需额外安装复杂的高分辨率霍尔传感器或者电机编码器，结构简单，适用于恶劣的工作环境，成本低。

[0044] 在一种较优的实施例中，步骤S1中数控系统通过建立一不含未知参数的参考模型和一含有待估计参数的可调模型，并计算参考模型和可调模型的电流差，以校正电机的速度，并对校正后的速度进行积分，得到机针的初始位置。

[0045] 具体地，将不含有未知参数的模型作为参考模型，把含有待估计未知参数的模型作为可调模型，这两个模型的输出量具有相同的物理意义，并将这两个模型的输出量进行比较，其误差则构成一个合适的自适应律用来实时调节可调模型，使可调模型的参数输出量快速跟踪参考模型，以达到正确估算的目的。

[0046] 进一步具体地，如图5所示，基于估算电流模型的PMSM无位置传感器控制算法可以实现对转子位置的控制和估计，这种算法的优点是不需要额外的位置传感器，减少了系统的复杂性和成本；由于估算电流模型的误差和积分误差的累积，算法的精度可能会受到一定的影响，因此在实际应用中需要进行适当的校准和调整。

[0047] 在一种较优的实施例中，如图5所示，初始位置还通过电压注入获得；

[0048] 电压注入是向一旋转坐标系中输入一设定电压，得到带有转子初始信息的响应电流，电机接收响应电流，得到电机转子的初始角度。

[0049] 具体地，在本实施例中设定电压为高频电压，基于高频注入法的PMSM转子初始位置辨识方法是在PMSM的定子绕组中注入高频信号，利用电机饱和凸极性，收敛转子初始位置，测量定子绕组的电流响应来推断转子位置。

[0050] 进一步具体地，基于高频注入法的PMSM转子初始位置辨识方法不需要直接接触电机，只需通过测量定子绕组中的电流响应即可推断转子位置，因此可以避免传感器与转子之间的物理接触。

[0051] 更进一步具体地，通过高频信号的注入和数据处理，获得较高的转子位置辨识精度，从而提高电机的控制性能和效率；可以实时获取转子位置信息，对于需要快速响应和实时控制的应用非常适用。

[0052] 在一种较优的实施例中，机针的往复运动与电机的旋转运动同步。

[0053] 具体地，机针的往复运动与电机的旋转运动同步可以确保机器的工作稳定和高效，使机器在工作过程中保持稳定的速度和节奏，从而提高生产效率；确保产品的质量稳定性和一致性，可以使机器在工作过程中减少不必要的能量损失，从而减少能源的消耗；减少不必要的摩擦和冲击，从而延长机器的使用寿命。

[0054] 在一种较优的实施例中，参考模型为永磁同步电机数学模型，待估计参数为机针的初始位置信息，永磁同步电机数学模型可以描述电机的动态响应和控制特性，实现对电机电流的准确估算和控制。

[0055] 在一种较优的实施例中，如图3、图5所示，步骤S2包括，

[0056] 步骤S21，构建模型参考自适应系统的自适应参考模型和自适应可调模型；

[0057] 步骤S22，在电机的速度和电流处于闭环状态时，通过滑模观测器控制电机的速度；

[0058] 步骤S23，依据自适应参考模型和自适应可调模型的电流矢量差值测算电机的转速及转子位置。

[0059] 具体地，模型参考自适应系统通过自适应参考模型来估计和补偿系统中的不确定性和扰动，从而实现对系统的自适应控制；还可以采用自适应全阶观测器、扩展卡尔曼滤波器来控制电机的速度；其中，自适应全阶观测器通过对系统状态进行估计，实现对位置信息的辨识；扩展卡尔曼滤波器利用卡尔曼滤波器的原理，通过对系统状态的预测和测量值的融合，实现对位置信息的估计，基于pmsm电机特性估计方法，旋转电压矢量法和脉动电压矢量法控制单停针工业缝纫机运行中的机针。

[0060] 其中，基于pmsm电机特性估计方法通过测量电机的输入和输出信号推断电机的特性和状态；旋转电压矢量法是通过改变电机的电压和频率来控制电机的转速和转向；脉动电压矢量法是通过改变电机的转矩脉动来控制电机的转速和转向。

[0061] 进一步具体地，本实施例中以滑模观测器为例说明，滑模观测器利用一种基于反电动势的算法，在启动和低速低载阶段电动机的反电动势很小，难于精确检测，可能导致滑模观测器的估计算法失效，使永磁同步电机反向运行或者启动失败，因此在本实施例中，永磁同步电机可采用估算电流模型的PMSM无位置传感器控制算法或者基于高频注入法的PMSM转子初始位置辨识方法获取转子启动位置从而稳定启动电机，启动后电机驱动调整到速度闭环、电流闭环方式拉升电机带载能力和转速，进而转速和电磁转矩重新调整到稳定运行状态，此时启用滑模观测器可以作为电机速度控制软件。

[0062] 更进一步具体地，自适应全阶观测器算法、扩展卡尔曼滤波器算法在电机启动阶段，无法有效判断转子位置而导致启动失败，可在电机启动后转速稳定后，用于电机速度控制。

[0063] 在一种较优的实施例中，如图4所示，电机为伺服电机3，工业缝纫机为单停针工业缝纫机1。

[0064] 具体地，伺服电机3是一种精密控制电机，具有高速度、高精度和高可靠性的特点，在工业缝纫机中使用伺服电机3可以实现更精确的缝纫操作，提高缝纫效率和质量，伺服电机3可以根据缝纫需求精确控制缝纫速度和力度，使缝纫线条更加平稳，避免出现跳线、断线等问题；此外，伺服电机3还可以实现自动剪线、自动升降压脚等功能，提高工作效率。

[0065] 进一步具体地，单停针工业缝纫机1相比于多针线的缝纫机，单停针工业缝纫机1更加简单易用，操作方便，单停针工业缝纫机1适用于各种细薄面料的缝制，如衬衫、裙子等；由于只有一根针线，缝制出的线迹更加细致，不易出现线头、线尾等问题；同时，单停针工业缝纫机1还可以实现各种缝纫方式的切换，如直线缝、锁边缝、扣眼缝等，具有较高的灵活性和适应性。

[0066] 一种无位置传感器的单停针工业缝纫机控制系统，如图4所示，用于单停针工业缝纫机控制方法，包括，

[0067] 获取模块，用于获取电机转子的初始位置，控制工业缝纫机进行起缝；

[0068] 测算模块，连接获取模块，用于测算工业缝纫机在运行过程中电机的转速及转子位置，控制机针进行往复运动；

[0069] 控制模块5，连接测算模块，用于控制机针在工业缝纫机停止时的位置。

[0070] 具体地，本发明还提供一种无位置传感器的单停针工业缝纫机控制系统，相比于传统的工业缝纫机，省去定位装置，结构简单，成本低，易于后期维护。

[0071] 在一种较优的实施例中，如图4所示，工业缝纫机包括，

[0072] 针杆运动机构2，用于带动机针进行缝纫；

[0073] 电机，连接针杆运动机构2，用于驱动针杆运动机构2运作；电机还连接控制模块5，用于控制工业缝纫机的运作。

[0074] 具体地，本发明中的工业缝纫机具有较高的灵活性和适应性，能控制工业缝纫机各个过程的机针位置，从而提高产线的生产效率。

[0075] 综上，本发明提供一种无位置传感器的单停针工业缝纫机控制方法及系统，用于工业缝纫机技术领域，针对传统工业缝纫机需要额外的高分辨率霍尔传感器或者电机编码器才能工作的问题，以及伺服电机3的生产装配工艺要求较高，造成整机成本上升；同时，在长期使用过程中，容易受到恶劣工况影响的问题，设计一种取消转子定位装置的数控系统，采用对伺服电机3的无传感控制技术，通过实时测算电机转子的角度位置和速度，实现控制单停针工业缝纫机的针杆运动，避免由于工业缝纫机在运行中产生的布料灰尘、布料线头、油渍等损坏位置定位装置，便于后期维护，降低成本，缝纫机的灵活性高，适应性强，进而提升了产线的生产效率。

[0076] 以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。