基于ARM的电缸控制系统的研究

发布时间：2017-06-09 19:12

  本文关键词：基于ARM的电缸控制系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工业自动化设计是搭建驱动平台,驱动平台是气缸,油缸或者电缸为基础。在很多的工业应用场合,传统的液压缸和气缸的使用会因其自身特性受到制约,电缸却有着无法比拟的优势。电缸及其派生机构能构成三直角坐标机械手、圆柱机械手、桁架机械手,两轴H型/十字并联机械结构、三轴滑块式的DELTA机械结构等复杂的机构,广泛应用于上下料、物料搬运、涂胶、焊接、切割、码垛等工业自动化设备。本文针对电缸的结构特点、运动特性,结合实际应用场合和工况条件,调研市场的电缸产品,归纳出技术参数,然后提出电缸控制系统的功能要求和技术指标。充分考虑性价比,再对比各种控制系统的构建方案的优劣势后,提出了基于ARM的电缸控制系统的构建。硬件电路部分,以STM32F103ZET6为核心控制单元,加上辅助的硬件模块。包括:最小系统电路模块、存储器模块、通信接口模块、人机交互模块、脉冲方向输出模块、限位及原点信号模块、编码器输入模块、数字输入输出模块等。软件系统部分,包括实时操作系统μC/OS-III移植、图形用户界面μC/GUI移植、LwIP是轻型IP协议栈移植、文件系统Fat Fs移植和应用程序设计,其中应用程序设计主要包括通信程序设计,类G工步代码解析设计,多轴运动控制程序设计,人机交互程序设计,IO口监控程序设计等。最后,对高性能的高速高平稳的空间运动控制的速度规划和和插补算法进行了一定的研究和验证。引入了快速S形加减速规律的速度规划,进行了详细的算法介绍,并进行了仿真验证。借鉴现代的数控加工技术,引入了连续微小短线段的插补算法,以空间圆弧过渡方式对复杂运动轨迹进行插补计算,进行了较为详细的算法介绍,并对比直接过渡方式进行了仿真,对比分析并验证了算法的可行性。
【关键词】：电缸 运动控制 STM32F103ZET6 μC/OS-III 速度规划和插补算法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136;TP273
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 课题研究主要内容及需解决的关键问题11-12
• 2 电缸控制系统总体方案12-20
• 2.1 电动缸结构分析12-13
• 2.2 电缸控制系统设计性能指标及功能要求13-14
• 2.3 总体方案设计14-18
• 2.3.1 多种控制方案对比14-16
• 2.3.2 总体控制方案设计16-18
• 2.4 本章小结18-20
• 3 电缸控制系统硬件平台设计20-34
• 3.1 电缸控制系统的微控制单元选择20-21
• 3.2 最小系统电路设计21-25
• 3.2.1 电源及复位电路设计22-23
• 3.2.2 时钟电路设计23-24
• 3.2.3 JTAG接口设计24-25
• 3.3 存储器电路设计25-27
• 3.4 人机交互TF-LCD电路设计27-28
• 3.5 通信接口电路设计28-30
• 3.6 脉冲输出电路设计30-31
• 3.7 编码器输入和手轮脉冲输入电路设计31-32
• 3.8 数字输入输出电路设计32
• 3.9 硬件实物调试32-33
• 3.10 本章小结33-34
• 4 电缸控制系统软件平台设计34-54
• 4.1 嵌入式系统相关的移植34-38
• 4.1.1 电缸控制系统的实时操作系统选择34-35
• 4.1.2 实时操作系统μC/OS-III移植35-36
• 4.1.3 图形用户界面μC/GUI移植36
• 4.1.4 轻量型TCP/IP协议栈LwIP移植36-37
• 4.1.5 文件系统FatFs移植37-38
• 4.2 应用程序设计38-51
• 4.2.1 通信程序设计38-40
• 4.2.2 类G工步代码解析设计40-44
• 4.2.3 多轴运动控制程序设计44-48
• 4.2.4 人机交互程序设计48-51
• 4.3 电缸控制系统的上位机软件设计51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 速度规划和插补算法在电缸空间运动中的研究与验证54-74
• 5.1 速度规划54-66
• 5.1.1 运动控制前瞻处理55-57
• 5.1.2 基于加减速时间控制的快速S形加减速规律的速度规划57-64
• 5.1.3 快速S形加减速算法验证和分析64-66
• 5.2 空间圆弧过渡的连续微小短线段插补算法66-72
• 5.2.1 空间圆弧过渡转接模型67-69
• 5.2.2 转接速度约束条件69
• 5.2.3 过渡转接参数计算69-71
• 5.2.4 空间圆弧过渡方式的算法分析与仿真验证71-72
• 5.3 本章小结72-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 本文总结74
• 6.2 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 附录82
• A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果82

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