大幅面打印机送纸系统设计与实现

发布时间：2017-12-06 23:04

  本文关键词：大幅面打印机送纸系统设计与实现

  更多相关文章： FPGA 多轴运动控制 脉冲当量 加减速算法 送纸机构

【摘要】：运动控制是伴随着电机相关控制技术的发展而产生的一种多学科交叉技术。一般是指在复杂情况下,把制定的控制流程、指令序列转变成希望的机械运动,用来达到对机械运动过程的精确监控、速度调节等目标。尤其在打印机系统中的多轴送纸运动控制,要求多个送纸轴之间相互配合联动,对整个送纸运动过程要求平稳可靠,加减速过程稳定,而且要满足一定的精确度与速度的前提下,最终实现高效的连续送纸流程。随着近些年FPGA技术的飞速发展与相关应用的普及,FPGA以其编程简单灵活,逐渐取代PLC成为运动控制器的核心器件。因此,本文主要研究以FPGA作为主控制器的打印机送纸系统的设计与实现。本文首先介绍了FPGA与PLC器件各自的架构特点,在相互比较之后表明采用FPGA+MCU的架构实现系统功能的合理性。接着根据送纸传动结构的特点,推导出主轴传动比系数,再结合主轴驱动器细分数与摩擦送纸轴之间的传动关系,最终得到系统的脉冲当量值,同时也阐述了脉冲当量与其他参数之间的关系,便于后期框架的可扩展性与可移植性。在此基础上进而确定了所有送纸轴驱动器细分数之间的关系,相当于在现有送纸系统之上建立送纸数学模型,屏蔽每个送纸轴不同的减速比、不同的轴直径等机械差异,为FPGA实现统一的多轴送纸流程运动控制奠定了理论依据。文中重点介绍了电机运动曲线的设计思想与控制方法,包括步进电机驱动方法和常见的加减速曲线,以及直流电机PWM控制原理。结合脉冲产生原理与送纸脉冲当量值,推导了送纸系统步进电机运动速度与模块内部计数值的对应函数,并根据函数绘制出速度与计数值曲线。因此可更为直观的分段调整曲线,便于在后期优化送纸流程时充分考虑加减速时间与加减速稳定性的折中。文中详细阐述为了实现高效率的连续送纸的目的,对于不同纸长范围采取不同的送纸逻辑,并对MCU与FPGA设计了相应的并发处理过程。后文为了提高系统内部信号的可靠性,从软件设计方面提出了增强稳定性的方法。在设计过程中综合电机特性以及机械架构的实际情况,确定整个送纸系统功能的详细逻辑任务划分。系统采用自顶而下的设计方式,以连续打印任务为中心,功能模块逐步扩展细化。在软件架构内部采用模块化的设计思想,MCU配合上位机、FPGA同步设计,最终整合成一个功能齐全的打印机送纸系统。并在最后实现了Modbus通讯协议,使下位机与上位机进行通讯,完成了整机的联合调试,从而实现大幅面打印机的整个开发任务。最终测试证明,本送纸系统能够完成打印过程中所需各种送纸任务,符合设计要求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP334.8

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本文编号：1260253