基于嵌入式的数控冲床X-Y平台运动控制系统应用研究

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伴随着社会和经济的进步,工业自动化水平不断提高,工业控制领域对运动控制的高速,控制精度等性能提出了越来越高的要求,国内和世界市场对高端产品的锻压设备需求不断地上升。  嵌入式系统作为现在社会主流的方向,社会上的各个领域都有着它的身影。当然,数控冲床的运动控制系统也用到了嵌入式系统。本论文重点研究以ARM的微型处理器STM32F427为核心的运动控制系统。  首先,本文介绍了高速冲床的相关背景知识及其研究的意义,到目前为止运动控制系统在国内外的发展状况并对嵌入式系统的概况做出一些讲述。其次,详细介绍了X、Y轴运动控制系统总体设计。然后,分别对X、Y轴运动控制系统的软件和硬件进行设计。根据本文提及的控制系统设计要求,设计以ARM微型处理器STM32F427为核心的控制系统的软硬件。其中硬件设计包括微型处理器外围电路的设计、伺服驱动器接口电路设计等;软件设计包括程序初始化模块设计、系统运行模块设计等。接着,建立数控冲床X-Y平台运动控制系统模型,其中包括对其数控平台的动力学模型建立、伺服系统数学模型建立和控制系统模型建立。根据冲床的运动建模分析,提出了模糊PID控制理论。通过分别分析了PID控制理论和模糊控制理论的优点与不足,然后结合了两者的优势,针对本课题的运动控制系统,构建模糊PID控制器,并且使用Matlab软件搭建模糊PID控制器,进行数值仿真并且分析仿真结果。  最后,为了测试本课题所设计的控制系统,对数控冲床X-Y平台的运动控制系统进行调试。借助于基恩士激光测量器等工具,设计实验对其所设计的多轴运动控制器进行调试及性能测试。对相同板材分别运动距离为0.5mm、10mm、25mm进行测试,得到其运动曲线,根据运行测试的结果得出结论:在运动控制的方面,本系统加快了系统的响应速度、减小了其超调量并且还将冲床的精度也大大提高了。本课题设计的基于嵌入式的数控冲床能够较好的实现自动化生产的目的,为数控冲床和其它相关行业的自动化发展提供一定的参考价值。
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