基于ARM的电子压力机专用控制器研究

发布时间：2017-03-18 16:07

  本文关键词：基于ARM的电子压力机专用控制器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着技术的更新换代,传统压力机已经无法满足汽车零部件、电子、家电等行业中轴类、销钉等装配对于压力位移控制高精度的需求,电子压力机以其全闭环精确控制及在线监测评估等能提高产品合格率的优势成为渐受青睐的研究方向。纵观国内外,电子压力机控制方式大致分为:PLC+通用伺服系统+电缸模式,控制、检测、伺服驱动一体化专用控制器模式,PC机+运动控制卡+伺服系统模式。无论是国外采用一体化专用控制器还是国内采用PLC+伺服系统的控制方案,都存在各自的缺点,且两者对压装结果的判定都是通过对几个特定位置的压力进行监测来实现的,而仅靠几个特定位置的压力有时无法准确全面反映压装过程中压力的变化,极易导致不合格产品流入市场。国外产品通常都提供价格昂贵的专用力/位移监测系统,国内产品则提供基于PC机的压力—位移监控软件,但这无疑都大幅度增加了企业成本。本文提出一种专用控制器+伺服的模式,研究开发了一款基于嵌入式技术的电子压力机专用控制器,采用核心板+扩展板的模式进行研究设计。首先,在分析电子压力机及其控制系统国内外现状及发展趋势的基础上,提出一种基于嵌入式技术的电子压力机专用控制器,在分析电子压力机的工作原理及其功能需求之后,对比现有的几种常用控制方案,完成对专用控制器软硬件总体方案的设计。其次,对专用控制器硬件进行详细研究设计,本文采用核心板+扩展板的模式,所以硬件设计包括核心板ARM及扩展板中FPGA的选型及其周围电路设计,核心板与扩展板之间的通信实现以及扩展板中伺服接口电路、PWM信号的产生及放大电路、位移数据采集电路、I/O开关量电路等的研究设计。然后,对电子压力机控制系统进行数学建模,并对电子压力机运动机构进行MATLAB/Simulink仿真模型的建立和PID控制及模糊神经网络PID控制的对比仿真,得到最终的仿真结果证明模糊神经网络PID明显优于PID控制。最后,对软件系统的运行环境进行选择和构建,完成了Linux操作系统的移植、内核和根文件的定制等,并完成设备驱动程序及包括电机控制、通信和人机交互等应用程序的设计,最后对本文中电子压力机的保压问题进行分析研究。本文研究设计的电子压力机专用控制器不仅能实现压力、位移的准确控制,还能够实现压装过程的实时监控和压力—位移的实时采集与曲线显示,且成本低廉,对国内外电子压力机的控制方法的研究发展作出了一定贡献。
【关键词】：电子压力机 专用控制器 ARM 控制策略 MATLAB/Simulink Linux操作系统
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG305;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 电子压力机国内外现状12-14
• 1.2.1 国外现状12-13
• 1.2.2 国内现状13-14
• 1.3 电子压力机控制系统研究现状14-16
• 1.4 研究目的及意义16-17
• 1.5 论文结构及主要研究内容17-18
• 第二章 电子压力机专用控制器总体设计18-26
• 2.1 电子压力机工作原理18-19
• 2.2 功能需求分析19-21
• 2.3 整体方案设计21-25
• 2.3.1 现有控制方案对比21-22
• 2.3.2 硬件整体设计22-23
• 2.3.3 软件总体设计23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 电子压力机专用控制器硬件设计26-42
• 3.1 ARM和FPGA选型26-28
• 3.1.1 ARM选型26-27
• 3.1.2 FPGA芯片选型27
• 3.1.3 引脚资源配置27-28
• 3.2 专用控制器核心板设计28-34
• 3.2.1 ARM处理器简介29-30
• 3.2.2 核心板主要电路设计30-34
• 3.3 专用控制器扩展板设计34-41
• 3.3.1 电源电路35-36
• 3.3.2 ARM和FPGA通信36-37
• 3.3.3 伺服接口电路37-38
• 3.3.4 PWM信号放大电路38-39
• 3.3.5 位移数据采集电路39-40
• 3.3.6 I/O开关量电路40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 电子压力机专用控制算法研究42-61
• 4.1 位置伺服系统控制策略研究42-44
• 4.1.1 位置伺服系统构成42
• 4.1.2 位置伺服系统控制策略研究现状42-44
• 4.2 模糊神经网络PID的原理44-50
• 4.2.1 模糊PID控制器44-45
• 4.2.2 模糊神经网络PID控制器45-46
• 4.2.3 算法实现46-50
• 4.3 电子压力机运动控制系统建模50-54
• 4.3.1 位置调节器数学模型50
• 4.3.2 伺服驱动器数学模型50-51
• 4.3.3 伺服电机数学模型51-52
• 4.3.4 位置检测器数学模型52
• 4.3.5 速度反馈环节数学模型52-53
• 4.3.6 机械传动机构数学模型53-54
• 4.4 仿真实验54-60
• 4.4.1 电子压力机运动机构仿真55-57
• 4.4.2 控制算法的对比仿真57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 软件设计61-70
• 5.1 软件系统的运行环境的确定61-63
• 5.1.1 Bootloader移植61-62
• 5.1.2 根文件系统制作62
• 5.1.3 配置编译Linux内核62-63
• 5.2 设备驱动程序设计63-65
• 5.2.1 触摸屏驱动程序设计63-64
• 5.2.2 PWM驱动程序设计64-65
• 5.3 应用程序设计65-68
• 5.3.1 伺服电机控制模块设计65-66
• 5.3.2 控制系统通信设计66-67
• 5.3.3 人机交互系统设计67-68
• 5.4 保压设计68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 工作总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-74
• 致谢74-75
• 附录A 作者攻读硕士学位期间的主要成果75-76
• 附录B 电路原理图76-78

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