基於q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法
2023-05-19 21:11:31 1
專利名稱：基於q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法
技術領域：
本發明屬於自動編織機械技術領域，特別是涉及一種基於Q15定點算法的 電腦橫機電磁選針方法。
電腦橫機選針機構的控制是整臺橫機能否正常工作的關鍵，它可以選擇橫 機上的每一根針，因而具有許多優點。電磁選針系統中，電磁選針是在所有選 針信息運算完畢以後的最後步驟，因此讀針的準確性和選針信息處理的實時性， 將會影響選針控制的準確性和可靠性。
國外同行基本上採用齒條銅頭讀針法，即在針床上安裝齒條， 一齒對應一 枚針，通過對電腦橫機上齒條的檢測產生一組兩路相位差為90度的正弦波信號 和一個記數信號，通過對該信號的處理，從而實現對橫機機針的控制。此方法 較為可靠，理論上也簡單，可以提高織機速度，避免皮帶長期傳動造成誤差， 但讀針器(銅頭、讀針銅頭)主要由日本、德國等少數公司生產，價格昂貴， 會增加齒條和銅頭的成本，而且不同針距的橫機其所對應的齒條也不同，也給 生產和管理帶來很多不便。
本發明的目的在於提供一種選針精度準確、速度快、可靠性強的基於Q15
本發明目的是採用這樣的技術方案實現的其特徵在於所述方法包括以下 歩驟
① 讀取選針信息
② 保存選針器上各刀片壓針狀態的信息； (D讀取機頭方向被選針，
④ 利用編碼器反饋脈衝信號，採用Q15定點算法進行數據實時處理，確定 選針器刀片位置；
⑤ 計算選針器刀片狀態值；通過判斷機頭方向狀態值，確定選針器各個刀
背景技術：
發明內容片位置的狀態值，即控制該組刀片的0. 1值；
⑥ 比較刀片狀態；
⑦ 驅動狀態值不同的刀片動作；
⑧ 判斷選針是否結束
本發明利用伺服電機內置的編碼器讀針，採用先進的Q15定點算法的軟體 解決策略，通過整數取代浮點數的優化計算以實現數據的快速處理， 一方面提 升選針的速度和精度，另一方面解決選針的可靠性問題，不僅節省了製造成本 而且還有效克服了選針的速度與可靠性的這一技術矛盾。
圖1為本發明的流程示意圖
具體實施例方式
參照圖l:本發明所述方法包括以下歩驟
① 讀取選針信息；首先利用伺服電機內置的編碼器讀針，DSP取得經過計算 截取的選針信息，這個信息已經是直接可以用來控制刀片的O、 l二值，用"1" 表示選針器刀片壓針的信息，用"0"表示選針器刀片不壓針的信息；
② 保存選針器上各刀片壓針狀態的信息；將選針器上各刀片壓針狀態的信
息保存在一個16位的數組內；
③ 讀取機頭方向被選針，按照針床上六段選針針腳的排列方式以及機頭運
行方向選針；由於六枚為一組的織針傾斜排列，因此，機頭向左運動和相右運 動，對應選針器上的選針刀片是不同的；針床上六段選針針腳的排列方式總是 從左下腳向右上腳排列，所以當機頭向右行時，每組選針電磁鐵中總是最上面 的那個選針電磁鐵先遇到要選的針，其後的依次再選;當機頭向左運行時，每組 選針電磁鐵中總是最下面的那個電磁鐵先遇到要選的針，其後的再選；
④ 利用編碼器反饋脈衝信號，採用Q15定點算法進行數據實時處理，確定 選針器刀片位置；
⑤ 計算選針器刀片狀態值；通過判斷機頭方向狀態值，確定選針器各個刀 片位置的狀態值，即控制該組刀片的0. 1值；
⑥ 比較刀片狀態；通過⑤計算選針器刀片狀態值與②保存選針器上各刀片 壓針狀態的相比較，得出控制刀片運動的0， l狀態序列值，進而按步驟⑦驅動不同的刀片動作；
⑦ 驅動狀態值不同的刀片動作；按照編制的編織程序控制刀片的工作狀態， 驅動狀態值不同的刀片動作；
⑧ 判斷選針是否結束；當前針位編織完成後判斷機頭位置是否在行程以外， 若不是，則令機頭選針器計數加一，等待下一次位置計數中斷產生，進行下一 針位編織:，若是，則表示該行編織結束，該行選針結束。
本發明所述Q15定點算法進行數據實時處理是通過整數取代浮點數優化計 算以實現快速運算的對定點數而言，數值範圍與精度是一對矛盾， 一個變量 要能夠表示比較大的數值範圍，必須以犧牲精度為代價；而要提高精度，則數 的表示範圍就相應地減小；本發明在保證選針速度的條件下，通過實際的測試 與分析，採用Q15定點算法，而Q15的數值範圍為-1到0.9999695，精度為 0.00003051，使系統控制精度達到最佳性能，保證選針的可靠性，其運算公式是
浮點數(x)轉換為定點數(、) =(int)x*2y
浮點數(X)轉換為定點數(x,, ): x', = (int)x * 2。
實施例1:
本發明針對緯編方式為d針、幅寬為1英寸國產橫機控制系統採用定點算 法實現選針作如下分析
所謂d針是指在針床的-一英寸距離內有d枚針，即針距d;橫機的幅寬是指 橫機編織的最大寬度l。本項目利用伺服電機內置的編碼器讀針，假設驅動伺服
電機在針板上移動一個幅寬需要發送脈衝數為pulse;機針總數為total一pins。
機針總數4幾器長度(英寸)*針距，由此可得，
機針總類夂total—pins = l*d
對應白勺每枚針的脈衝數為pin—pulse = pulse / total_pins 假設某一時刻DSP通過編碼器讀取的脈衝數當前值為current—pulse,則當 前選針器確定的選針位置為
current—pin=current—pulse/pin—pulse; (1) 為了使C編譯器產生最優代碼，提高運算速度，應將(1)的除法轉化為乘法 運算，使編譯器產生MAC指令，並且將MAC的操作數為局部變量分配到寄存器 中，以充分利用DSP的硬體乘法器資源進行快速運算。由此可得小
current一pin二current—pulse氺(l/pin_pulse) (2) (2)中1/ pin—pulse的值為浮點數，因此要將其轉化為定點運算，且其值大 與橫機的針距和伺服電機在針板上移動一個幅寬的所需脈衝數有關。 對式(2)浮點乘法轉化為定點乘法分析如下 設浮點乘法運算的表達式為
float x， y， z， current—pin， current—pulse, 1/ pin—pulse; z 二 current—pin; y = 1/pin—pulse; x 二 current—pulse; z 二 xy;
假設x的定標值為Qx， y的定標值為Qy，乘積z的定標值為Qz，則 z 二 xy = >
V"H2-,:=>
、二",W風) (3)
所以定點表示的乘法為
int x， y， z ;
long temp;
temp = (long)x;
由式(3)可得，
z 二 (tempXy)》(Qx+Qy-Qz) ; (4)
由於current—pin與current—pulse都為整數，因此，定標值為Qx 二Qz二O， 對於浮點變量1/pin一pulse的定標值確定方法如下
確定變量的Qy值實際上就是確定變量的動態範圍，只要動態範圍確定了， 則Q值也就確定了。設變量的絕對值的最大值為lmaxl，其中lm—必須小於或等 於32767。取一個整數n，使它滿足
2"_1 <|max| < 2'1
則有
2-(J =2-15 x2" =2-('5-")
Q = 15—n因此，確定了變量的imaxl就可以確定其Q值，而變量的limxl值我們通過統 計分析法來確定通過各種類型橫機的針距和伺服電機在針板上移動一個幅寬 的脈衝數進行統計分析，我們確定出變量1/pin一pulse的動態範圍，可得lmaxl〈1， 因此n = 0， Q=15-n 二 15。 實施例2:
說明Q15定點算法在緯編方式為12針、幅寬為52英寸橫機控制系統上的 機針總數:total—pins = l*d= 52*12 = 624;
驅動伺服電機在針板上移動一個周期需要發送脈衝數為pulse=26416 對應的每枚針的脈衝數為pin—pulse 二 pulse / total—pins =26416/624 =42. 33;
對於機頭運行任一位置對應編碼器的脈衝量為current—pulse， 假定current_pulse=1000，
current——pin=current—pulse * (1/ pin—pulse)二1000氺(1/ pin—pulse)
令1/ pin—pulse二pp;
pp=l/ pin—pulse=l/42. 33=0. 0236
根據以上分析，結合(4)式可知Qx 二 0， Qy = 15， Qz 二 0，因此，x=1000， y=0. 0236*32767=773，即對y浮點值按Q15進行處理。 t卿=1000L
z 二 (1000L*773)〉〉 (0+15-0) =24
即當編碼器讀取的current—pulse=1000時，對應的針位為24。 本發明利用C編譯器自帶的浮點運算庫，將浮點算法和定點算法的結果進 行比較，經過測試發現，Q15定點算法實現一次選針運算過程只需6.67ns，而 用浮點運算的時間將達到毫米級。
為了提高運算速度，保證計算的有效性和實時性，對該算法進行進一歩優 化首先是將經常使用的中間變量配置到等待周期為零的內存中；其次是採用 FLASH加速技術(使能FOPT寄存器的ENPIPE位實現預指機制的FLASH流 水線模式)，這樣可以達到100 120MIPS的處理能力，大大高於其本身默認的 讀取能力，通過這種方式有效的提高了選針速度問題。
權利要求
1、基於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟①讀取選針信息；②保存選針器上各刀片壓針狀態的信息；③讀取機頭方向被選針，④利用編碼器反饋脈衝信號，採用Q15定點算法進行數據實時處理，確定選針器刀片位置；⑤計算選針器刀片狀態值；通過判斷機頭方向狀態值，確定選針器各個刀片位置的狀態值，即控制該組刀片的0.1值；⑥比較刀片狀態；⑦驅動狀態值不同的刀片動作；⑧判斷選針是否結束。
2、 根據權利要求1所述的基於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法，其 特徵在於所述讀取選針信息是利用伺服電機內置的編碼器讀針，DSP取得經過計 算截取的選針信息，這個信息已經是直接可以用來控制刀片的0、 1 二值，用"l" 表示選針器刀片壓針的信息，用"0"表示選針器刀片不壓針的信息。
3、 根據權利要求1所述的塞於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法，其 特徵在於所述保存選針器上各刀片壓針狀態的信息，是將選針器上各刀片壓針 狀態的信息保存在一個16位的數組內。
4、 根據權利要求1所述的基於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法，其 特徵在於所述利用編碼器反饋脈衝信號是採用Q15定點算法進行數據實時處理， 確定選針器刀片位置。
5、 根據權利要求1所述的基於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法，其特徵在於所述比較刀片狀態步驟是通過步驟⑤計算選針器刀片狀態值與步驟② 保存選針器上各刀片壓針狀態的相比較，得出控制刀片運動的0， 1狀態序列值。
6、 根據權利要求6所述的基於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法，其 特徵在於所述Q15定點算法進行數據實時處理是通過整數取代浮點數優化計算 以實現快速運算的在保證選針速度的條件下，通過實際的測試與分析，Q15 的數值範圍為-1到0.9999695，精度為0.00003051，使系統控制精度達到最佳性 能，保證選針的可靠性，其運算公式是浮點數(X)轉換為定點數(X): x9=(int)x*2 浮點數(x)轉換為定點數( ) =(int)x*2e 。
全文摘要
本發明屬於自動編織機械技術領域，特別是涉及一種基於Q15定點算法的電腦橫機電磁選針方法。其特徵在於所述方法包括以下步驟①讀取選針信息；②保存選針器上各刀片壓針狀態的信息；③讀取機頭方向被選針，④利用編碼器反饋脈衝信號，採用Q15定點算法進行數據實時處理，確定選針器刀片位置；⑤計算選針器刀片狀態值；通過判斷機頭方向狀態值，確定選針器各個刀片位置的狀態值，即控制該組刀片的0.1值；⑥比較刀片狀態；⑦驅動狀態值不同的刀片動作；⑧判斷選針是否結束；本發明提供的選針方法一方面提升選針的速度和精度，另一方面解決選針的可靠性問題，不僅節省了製造成本而且還有效克服了選針的速度與可靠性的這一技術矛盾。
文檔編號D04B15/00GK101654838SQ20091015242
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月14日 優先權日2009年9月14日
發明者任天挺, 林志堅, 陳旭東 申請人:康奮威科技(杭州)有限公司