自动绕线机是一种用漆包铜线绕制线圈的一种专用机器，是现代化电子电器行业中使用广泛的一种加工设备。其工作原理是主轴电机带动线圈骨架按照规定的方式旋转，将漆包铜线缠绕在线圈骨架上川。漆包铜线绕线位置由排线器的位置决定，排线器是步进电机带动滚珠丝杠运动的一种机械装置。主轴电机配有编码器，编码器旋转一周输出脉冲称为单位匝数脉冲数，步进电机控制排线器移动一个线径需要的脉冲数称为单位线径脉冲数。从结构看出，自动绕线机的控制精度在于如何对主轴电机旋转一周产生的输入量与输出量步进电机之间的关系进行表达。目前对于这种关系全采用了线性方式进行表达，而实际应用中线性方式会产生舍入误差，使得这种控制关系不仅控制精度差，而且还存在绕线重叠或稀绕问题。

    我们介绍的控制方法将主轴电机旋转一周的输入量与输出量步进电机之间的关系进行非线性表达，提出了一种非线性控制方法。

用分段拟合构建了其数学模型，最后结合有限状态机原理将单位线径的脉冲数分配给几个状态进行控制，达到单位匝数下排线器与主轴电机的完全同步，从而精确控制排线器的运动，使绕线机完成同步正转、同步反转等功能。该控制方法没有舍入误差的积累，不需要差补脉冲，大大提高了自动绕线机的控制精度，下面我们为大家介绍一下自动绕线机的控制方法介绍。

1.构建控制方法数学模型

    根据丝杠螺距和步进电机步距角将排线器移动距离与步进电泪L脉冲数构成比例关系。本设计中的比例关系为步进电机运转一步排线器移动0.01 mm，设计中滚珠丝杠螺距1  mm，步进电机步距角1. 8度，为了减小噪声和控制方便，步进电机驱动器二细分工作方式。由这个比例关系就可以把单位线径距离转换为步进电机脉冲个数。主轴电机的编码器旋转一周输出1000个脉冲。到此，主轴电机和排线器的控制关系就描述为主轴电机输入多少脉冲而步进电机得到多少脉冲的对应关系。对于这个关系，目前都是采用线性表示方式，而在本设计提出了一种非线性表达方法。

    对于这个非线性表达方法，本设计采用了分段拟合整数化的描述方式。首先，设A,  B,  C为3个整型基数，X₁，X₂，X₃、为这3个基数的权值，Pulse_number为主轴电机旋转一周编码器输出脉冲数，根据参数设置Pulse_number等于1000,Diameter定义为线径100倍，线径单位毫米，则线径精度为0.01毫米，步进电机走一步排线器移动0.001mm，则Diameter就是单位线径脉冲数。

2.控制方法的软件实现

    在控制系统的设计与实现中，控制流程的设计表达是一个重要的环节，有效的设计表达不仅可以简化系统的复杂度，加快系统开发的速度，而且可以通过这种表达来验证控制流程的合理性，排除控制系统设计中的各种错误。本设计中用状态机与非线性分段拟合控制方法有效的结合，实现了绕线机的自动控制。

    本设计将基数A,B,C设为三种状态Status0,  Status1,Status2的操作数，权值X₁ , X₂ , X₃作为每种状态的响应次数。在Status0状态中，当主轴电机发出A个脉冲后，步进电机获得一个行进脉冲，这样响应X₁次，B和C的状态以此类推。当主轴电机旋转一周发送1000个脉冲，步进电机对应输出X₁+X₂+X₃个脉冲。这样就实现了控制方法与状态机有效地结合。由于Diamctc:值有大于、小于和等于Pulse_number的情况。

2.控制方法正转处理

    系统正转运行是根据Status0,  Status1, Status2这个顺序循环执行的，控制流程简单方便。在(1)式中，当线径Diamcter大于5. 00 mm又小于10. 00 mm时，Y的值为1，而A的值就变为零，此时系统只有Status1,  Status2两个状态可用。同理，如果线径Diameter大于10. 00 mm又小于20. 00mm时，也只有Status1,  Status2两个状态可用。每完成一次循环，步进电机获得Diameter个脉冲，移动一个线径的距离。

其流程如图3所示。

2. 3控制方法反转与调整处理

    绕线机在运行时，有时需要绕线机反向运行对工件进行手动调整，而后又要继续正转运行。在这个过程中，系统需要先停止正转运行，然后控制主轴电机和步进电机反向运行。在控制流程中反转运行状态机执行顺序为正转的逆向循环，从而实现步进电机与主轴电机同步。系统在反向运行时同样也存在只有Status1,  Status2两个状态的情况。其具体流程图如图4所示。

    在反转过程中由于停止时状态机的状态不固定，会在反转时第一个循环状态内出现一个不确定StatusX的状态，这个状态可能是几个状态中的任意一个。这个不确定StatusX状态会在连续多次正转反转后出现StatusX状态的积累，导致系统状态出错，甚至脉冲数丢失的情况。因此对于反转运行简单改变运行方向的方法很难保证系统再次精确运行。

这种现象在正转反转次数越多越明显。为了克服StatusX带来的影响，保证系统的稳定性和精度，本设计在反转运行结束后增加一个调整处理环节。在这个环节中，系统根据工艺文件需要绕制的匝数计算出该文件主轴总共要产生的脉冲数，然后与当前系统接收到的主轴脉冲数比较，获取差值，由差值确定当前步进电机所处状态，最后根据这个状态来调整系统的运行状态。这样每次反转运行结束时都会把状态调整至正确状态，将StatusX进行修正，使系统进行下一步操作时不会产生积累。具体流程图如图5所示。

    本设计己经产品化，从实际运行的情况来看，该控制方法取得了很好的效果。绕线机在自动绕制500匝线圈情况下，系统脉冲信号误差为零。即使机器在连续200次正转反转处理后，系统误差也只有几个脉冲信号，而这些误差是连续启停操作下主轴电机编码器引起的固有误差。该设备自投入使用以来反应良好，从控制精度、操作流程、成品率等多方面都获得用户好评。