ARM主板主要负责640×480分辨率，256K Color TFT LCD液晶屏显示，4线电阻式触摸屏操作，USB外部数据接口，SD卡接口，通过RS 232通信与运动控制板之间进行实时数据传送。
2.2 专用运动控制卡
由于圆头锁眼机运动控制复杂，输入/输出（I/O）开关量多，资源需求大，因此圆头锁眼机专用高性能运动控制卡采用ALTERA公司的EP3C16Q240C8芯片和TI公司的DSP芯片TMS320F28332PGFA为核心，研发了用于圆头锁眼机控制系统专用运动控制卡。该控制系统构成了运动控制单元（1个主轴、2个水平进给轴和1个旋转进给轴的运动控制）、拥有13个数字输出和13个数字输入、2个模拟输入、1个模拟输出、5个电磁铁输出等功能模块；FRAM能实时动态存储系统的运行状态信息。该结构模式既充分利用DSP数据信号处理能力，进行复杂算法运算；又充分利用FPGA设计、修改方便简洁；即充分发挥DSP算法运算优势，又体现了FPGA运算速度快的特点，使其资源互补。其硬件框图如图4，图5所示。
图3 ARM主板硬件框图
图4 FPGA总体框架
2.3 专用主轴伺服驱动
圆头锁眼机专用交流伺服驱动器是圆头锁眼机控制系统的关键部件，用于控制圆头锁眼机主轴电机的运转。伺服控制系统由交流伺服驱动器及交流伺服电机组成，交流伺服驱动器以高性能数字信号处理器（DSP）及大规模可编程逻辑器件（CPLD）为处理器，运用现代伺服电机控制理论，以旋转编码器和电流传感器为反馈，以智能功率模块（IPM）为逆变器实现对交流伺服电机的高性能控制。交流伺服系统原理框图如图6所示。
图5 FPGA控制驱动原理框图
图6 伺服控制系统原理框图
控制程序主要完成电机位置环、速度环、电流环的实时控制。在控制程序中主要有以下几种控制模式：位置控制、速度控制、转矩控制。图7是交流伺服驱动系统框图。
专用交流伺服驱动器针对圆头锁眼机应用的具体情况，在保证交流伺服驱动器优异性能和满足实际需要的前提下，对驱动器进行简化设计，去掉了那些不必要的功能，并根据缝纫机运动的特性优化了控制算法。采用交流伺服电机作为缝纫机主轴，在不需要缝纫操作时，伺服电机停止转动，节能至少20%以上。该项技术的突破，使驱动器的生产成本大幅度降低，与市场上通用型交流伺服比较，可降低成本1 500元以上，并能与缝纫机的主轴和进给轴更好地配合，实现了同一驱动器对不同交流伺服电机的自动辨识。
2.4 闭环步进驱动控制
圆头锁眼机对缝纫精度要求非常高，要求缝纫机机械在高速缝纫的同时，保证具有良好缝纫效果，因此水平进给轴和旋转进给轴必须具有快速的响应能力，用步进电机作为圆头锁眼机的进给电机非常适合，能很好地保证缝纫针距均匀，线迹美观。
步进电机能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电机广泛用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其他自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。闭环步进驱动控制原理框图如图8所示。
图8 闭环步进驱动控制原理框图
步进电机的全数字化闭环控制技术，采用32位高性能DSP处理器，实现电机绕组电流的数字化控制，使用电子齿轮、微细分、电磁转距的矢量控制等技术，实现对电机转子位置闭环控制，解决电机震荡和丢步问题，提升步进电机运转性能，减小电机发热，大大提升了步进电机的性能。全数字闭环步进驱动主控制电路如图9所示。
步进电机闭环驱动具有步进电机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点，提高了矩频特性，输出功率/转矩曲线得以提高，效率?转矩曲线提高。因此，闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电机，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。
3 系统软件设计
系统软件在特定的硬件架构上与缝纫机机械部分配合完成圆扣眼锁眼机可以实现的特定功能，根据硬件架构可以分为两个部分，即上位机（ARM主板）和下位机（运动控制卡）两部分。这两个软件是相辅相成，缺一不可的，上下位机通过RS 232通信方式交换数据和信息。圆扣眼锁眼机控制系统上位机具有文件管理、参数设置、扣眼文件编制、扣眼文件修改、扣眼文件运行等功能。圆扣眼锁眼机控制系统下位机主要完成上位机发出的各种指令，具体包括信号输入控制、信号输出控制、电磁铁信号控制、电机运动控制等。
图9 全数字闭环步进驱动主控制原理框图
上位机通过RS 232串行通信实现与下位机之间双向通信，下位机接收上位机发送的指令，进行相应的操作，并将相应的数据反馈回上位机。通信使用主从技术，即仅主设备（上位机）能初始化传输（查询），从设备（下位机）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。
下位机通过SCI接口接收上位机发送的数据并发送反馈数据。通过SPI接口，接一片32 KB FRAM，用于参数存储。FPGA通过电机接口控制主轴电机驱动器和两个步进电机驱动器。FPGA通过输入接口控制开关量的输入，也通过输出接口控制开关量的输出。DSP通过外接RAM的0xff00～0xff80地址操作FPGA，来完成电机控制功能、输入信号和输出信号设置功能。DSP通过相应的地址读取已编译花样文件和设定的运行速度，通过运动控制卡控制各驱动器，从而实现对各轴位置运动的控制和速度的控制。DSP通过相应的地址读取各输入信号实现对应的相关功能。同时DSP接收上位机的指令，通过相应的地址操作FPGA，写入各输出信号实现相应的功能。
系统软件流程如图10所示。
图10 系统软件流程图
4 结 语
该控制系统具有快速、高精度、扩张功能快捷、操作方便、性价比高等优点，各项指标完全满足设计要求。该产品已经批量生产，产品远销国内外，市场前景十分广阔，产生了良好的经济、社会效益。
参考文献
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