喷气织机的引纬操控体系直接决议着喷气织机的作业功率、能耗、产品质量、均匀无毛病时刻等关键性的目标，是喷气织机整个电控体系的中心之一。市场上现存的喷气织机的引纬操控体系一般都是使用处理器和硬件电路两部分合作完结［2］，即引纬视点信号由处理器经过软件比较发生，单稳态信号发生部分和电磁阀驱动部分则由电子元器材组成的硬件电路完结。
这种操控体系归纳起来首要有以下3个缺陷：（1）引纬信号是经过比较织机编码器的视点和预先设定的引纬打开关闭视点发生的。因为CPU的程序是次序履行的，在比较这两个视点的进程中不可避免地存在不共同性，导致引纬的精度不高，引纬不安稳。（2）为了确保引纬电磁阀能够牢靠翻开，一般选用48 V电压翻开电磁阀，而且要求信号持续时刻为准确的8 ms。传统的办法是选用单稳态电路发生8 ms的信号，可是单稳态电路简略遭到电阻电容精度和温度的影响，导致守时精度不高。（3）织机引纬电磁阀的电路多达几十路，需求几十个单稳态电路才干满意要求，电路杂乱，牢靠性差，价格昂贵。
1、引纬操控体系方案规划
本文所提出的喷气织机新式引纬操控体系结构图如图1所示。选用DSP操控单元与上位机进行串行通讯、与FPGA进行并行通讯，以完结引纬参数的实时调整；FPGA可编程逻辑单元经过比较编码器的视点信号和设定视点信号发生引纬单稳态和坚持信号；引纬单稳态和坚持信号经过驱动电路操控电磁阀的动作。
2、引纬操控体系硬件规划
引纬操控体系的硬件首要由DSP操控及通讯模块、FPGA信号发生模块和驱动电路模块三部分组成。
2.1 DSP操控及通讯模块
DSP选用TI公司的TMS320LF2407A，它是TI公司专为工业操控规划的一款DSP，具有两个事情办理模块、SPI通讯、SCI通讯、CAN通讯、AD转化等集成外设，其间事情办理模块包括PWM输出、比较、捕捉、正交编码输入等功用，能够完结除引纬之外的送经电机及卷取电机的操控、信号的监测、动作的操控等喷气织机的其他操控功用。与上位机通讯的硬件电路选用DSP内部集成的CAN操控器和外部CAN收发器PCA82C250。
2.2 FPGA信号发生模块
FPGA选用ALTER公司的EP1C6Q240C8，它具有4 KB的内部RAM、近6 000个LE、2个PLL锁相环和185个I/O口，并具有差分输入功用，能够满意本操控体系的功能要求。FPGA模块首要完结织机视点信号的检测核算、并行通讯、引纬信号的发生、信号的多路挑选、高低压驱动信号发生等功用。
2.3 驱动电路模块
驱动电路选用双电压方法，其原理图如图2所示。输入信号IN1是8 ms的单稳态信号，操控48 V电源翻开电磁阀；输入信号IN2是引纬的坚持信号，操控9 V的电源以坚持电磁阀的翻开状况；为了确保满意的驱动才能，两路信号的驱动三极管都选用达林顿方法；双二极管D1是为了避免电源切换时48 V电源串接到9 V电源中；L1为引纬电磁阀，因为电磁阀为理性器材，在电磁阀关断时OUT端因电感的储能特性会呈现一个比较高的负压，若发生的负压高于Q2和Q4三极管的最大接受电压，则可能会损坏Q2和Q4三极管。这儿的亚敏电阻Y1便是消减过高负压的维护元件。
3、引纬操控体系软件规划
3.1 DSP操控及通讯模块软件规划
在该模块中DSP选用CAN通讯与上位机传递数据：DSP接纳上位机设定的翻开封闭视点、慢引纬指令、阀实验指令等数据，并向上位机发送织机引纬状况、织机视点等显现信息。
为了更灵敏地进行数据交换，DSP与FPGA以并行数据读写方法进行通讯：DSP使用I/O地址空间的高位地址总线的逻辑组合来发生FPGA片选信号，低位地址总线发生要拜访数据的地址；使用16 bit数据总线传输数据。在完结串并行通讯的一起，DSP经过I/O口把织机的当时状况、当时花样等信号输出给FPGA，确保FPGA中多路挑选器正常作业。
3.2 FPGA信号发生模块软件规划
FPGA程序结构框图如图3所示，其子模块有：织机视点检测模块、并行通讯接口模块、引纬信号发生模块、多路挑选模块、高低压驱动信号发生模块等。
3.2.1 织机视点检测模块
喷气织机的主机编码器一般都是相对型编码器，其发生视点的A、B、Z三个差分信号接FPGA的差分I/O口。Z相是零度信号，当Z相输出有用信号时，主机视点为0°；A相和B相输出相位相差90°的正交信号，当A相超前B相90°时为正转，当A相滞后B相90°时为回转。A相和B相逻辑与之后的脉冲数为织机转过的度数；每经过一个脉冲，正转时主机视点加一，回转时主机视点减一。在FPGA内部做一个计数器，Z信任号为计数器的清零信号；A相和B相逻辑与之后的信号为计数信号；A相和B相的相位差为计数方向；计数器的输出便是织机视点，这样就把相对型编码器的信号转化为0°～360°的织机视点。
3.2.2 并行通讯接口模块
在FPGA的并行通讯接口模块中，当DSP写数据到 FPGA中时，FPGA在DSP的WE信号的上升沿锁存数据总线上的数据；当DSP读取FPGA中数据时，FPGA在DSP的RD信号的下降沿把数据传输到数据总线，确保了DSP能够牢靠地写入或读取FPGA的数据。
3.2.3 引纬信号发生模块
喷气织机的引纬体系首要作业在作业、慢引纬和阀实验三种状况。
慢引纬状况是喷气织机在慢速作业时的单根引纬状况；阀实验状况是为了检测电磁阀和引纬电路的好坏而设置的状况；作业状况是喷气织机正常作业时的状况。在作业状况，FPGA操控引纬电磁阀依照预先设定的引纬视点顺次翻开和封闭，构成气流引导纬纱的运动。引纬作用的好坏直接关系到喷气织机的整机功能，也直接决议着布面的质量和开车功率。现以作业状况为例介绍引纬信号的发生进程。
引纬信号由比较单元比较织机视点和设定翻开视点、设定封闭视点而发生，引纬信号发生框图如图4所示。当引纬信号没有跨过零度时，即设定封闭视点大于设定翻开视点时，引纬信号在织机视点大于设定翻开视点且小于设定封闭视点时有用；反之，当引纬信号跨过零度时，即设定封闭视点小于设定翻开视点时，引纬信号在织机视点大于设定翻开视点或小于设定封闭视点时有用。
喷气织机引纬信号多达几十路（依据花样和幅宽的不同而不同），而且引纬信号对操控精度和操控的共同性要求十分高，一般引纬信号的操控差错要求不超越1°，在织机速度为1 200 r/min的状况下，织机视点1°对应为130 ms左右。
市场上现有的喷气织机都是由DSP、单片机等处理器发生的。因为处理器的程序是次序履行的，假如操控差错不超越1°，就必须在织机旋转1°的时刻内核算完结几十路的引纬信号。也便是说在130 ms内完结主程序的一个循环，这种速度关于一般的处理器是很难完结的，特别是在主程序还要完结数据的读取、视点的核算、通讯等功用的状况下，关于更高速的织机更是无法完结。因而市场上现有的喷气织机速度一般都不会超越1 000 r/min，引纬功能也受限于操控的精度、速度和共同性。
FPGA本质上是由硬件组成的，其编程言语也为VHDL等硬件描绘言语，它的程序并行履行，也便是说一旦主机视点或设定的翻开封闭视点有改动，几十路的引纬信号就会当即一起输出，差错仅为信号的树立时刻，只要几纳秒。因而FPGA发生的引纬信号能够很好地满意喷气织机对引纬操控精度和操控共同性的要求，从根本上改动处理器发生引纬信号的坏处。引纬信号仿真图如图5所示：设定翻开视点为80°，设定封闭视点为96°，引纬信号在这个区间内有用。由图5能够看出，引纬信号的发生和封闭几乎没有任何延时。
3.2.4 多路挑选模块
因为纺织工艺的要求，不同花样的引纬参数和引纬体系的不同状况需求不同的引纬操控信号操控电磁阀，在FPGA中能够选用多路挑选器的方法来挑选需求的引纬信号，而且因为是硬件挑选，基本上不会发生任何差错和延时。
3.2.5 高低压驱动信号发生模块
为了确保引纬的牢靠安稳，电磁阀一般选用双电压供电方法，即48 V电压翻开电磁阀，9 V的电压坚持电磁阀的翻开状况。依据高速电磁阀功能的要求，操控48 V电压的信号要求为准确的8 ms，时刻太短，电磁阀不能牢靠翻开，时刻太长电磁阀简略发热损坏。
在FPGA中尽管没有单稳态电路，可是能够选用时钟计数的方法来模仿单稳态的发生：在信号的上升沿开端计数并设置单稳态信号有用，计满8 ms的时钟脉冲个数后中止计数并设置单稳态信号无效，这样就能够输出准确的8 ms单稳态信号。例如，假定选用8 k的计数时钟频率，64个计数时钟周期便是8 ms，单稳态信号的差错不会超越0.125 ms，高低压驱动信号仿真图如图6所示，其间signal_8ms为8 ms单稳态驱动信号，signal_hold为低压驱动信号。
在这种方法中，计数时钟频率越高，差错就越小，大大提高了单稳态信号操控精度和共同性，彻底能够满意引纬电磁阀的要求。高低压驱动信号彻底在FPGA中完结，不需求任何附加的硬件电路，不受温度和电阻电容精度的影响，确保了引纬的牢靠性、安稳性和操控的共同性，一起也简化电路，减少了硬件毛病，降低了本钱。
本文提出的引纬操控体系选用FPGA发生引纬信号，达到了处理器操控中无法完结的操控速度和操控精度，具有精度高、共同性好、差错小、安稳性好、电路简略牢靠等长处。一起使用DSP与上位机及DSP与FPGA之间的通讯，能够实时调整引纬参数，完结操控的灵敏性。实践和使用状况阐明，本引纬操控体系彻底克服了高速喷气织机在引纬操控精度方面的妨碍，对高速织机的开展具有重要的含义。
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