嵌入式电脑横机控制系统研究

论文摘要

电脑横机是一种科技含量很高的典型机电一体化产品,它集机械、针织工艺、计算机技术、自动控制、电机控制等多种学科于一体,在针织衣衫的生产中应用广泛。近年来,随着人们对针织衣衫时尚化提出更高的要求,以及各种相关科学技术的不断发展,推动电脑横机向全自动化控制的方向发展。本课题重点研究电脑横机的控制系统,提出并实现了在国内先进的全自动嵌入式电脑横机控制系统的系统架构。本文的研究工作是在对电脑横机行业进行了全面调查研究的基础上开展的。首先详细分析了国内外电脑横机的研究现状,深刻剖析国产电脑横机与进口机的差距,阐明开展相关技术研究的重要意义与价值。接着论文介绍了电脑横机的工作原理,包括基本针织工艺及其实现、横机机械部分的构造及作用、机头花板系统中各种三角和压片的作用及其工作方式,最后在全面透彻地分析了系统需求的基础上,提出本文设计的嵌入式电脑横机控制系统的解决方案。本课题采用层次化的分级控制理念,分别设计了核心控制系统和底层执行级系统,这种架构的系统层次鲜明,与机械部分的联系更加紧密,大大提高了系统的工作效率,增强了系统运行的稳定性和可靠性,同时也极大的方便了系统的故障检测。论文设计了系统硬件平台,包括核心控制系统和机头控制系统。核心控制系统是基于S3C2440A设计的,包括存储系统、人机交互系统、编织控制系统。核心控制系统是从整体上控制横机的编织工作,主要负责解析花型数据文件,据此向机头控制系统等底层的执行级系统发送控制指令。同时接收横机上关键部件如机头、针床、引线装置等处的传感器检测到的反馈信号,通过检测到的信号判断横机的工作状态。机头控制系统是基于Cortex_M3设计的,根据核心控制系统发送过来的控制指令,控制机头里的电磁铁、步进电机运动,进而控制花板系统的三角、压片、选针器根据编织工艺运动。机头系统与核心控制系统之间的通信采用CAN总线实现,这样解决了传统控制系统中连线复杂和维护困难的弊端,不仅节约连线,而且提高了系统的可靠性。同时论文基于Linux操作系统,设计了系统的软件平台,开发实现了花型文件解析、编织控制和系统监控等功能。最后论文对电脑横机的机头拖动系统进行了优化设计,搭建了基于SVPWM的交流电机伺服控制系统,并构建了系统的仿真模型,得出较理想的仿真结果,为后续的研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究背景
• 1.3 国内外研究现状及发展前景
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内电脑横机研究现状
• 1.3.3 电脑横机的发展前景
• 1.4 课题的研究内容
• 第2章 电脑横机工作原理分析及控制方案设计
• 2.1 电脑横机机械构造分析
• 2.1.1 机头结构分析
• 2.1.2 导纱器
• 2.1.3 牵拉机构
• 2.1.4 针床
• 2.1.5 故障检测系统
• 2.2 编织工艺研究
• 2.3 电脑横机控制系统实现方案设计
• 2.3.1 电脑横机控制系统需求分析
• 2.3.2 电脑横机控制系统方案设计
• 第3章 电脑横机控制系统硬件平台设计
• 3.1 嵌入式系统概述
• 3.2 主控制芯片的选型
• 3.3 外围电路设计
• 3.3.1 存储器
• 3.3.2 电源、复位及JTAG电路
• 3.3.3 SD Card接口电路
• 3.4 CAN总线电路设计
• 3.4.1 CAN总线概述
• 3.4.2 CAN总线的电路实现
• 3.5 机头控制子系统
• 3.5.1 机头控制系统MCU概述
• 3.5.2 接口扩展电路
• 3.5.3 驱动及隔离电路
• 3.6 PCB设计
• 第4章 电脑横机控制系统软件设计
• 4.1 电脑横机控制系统的软件框架
• 4.2 主控制系统软件设计
• 4.3 机头控制子系统软件设计
• 第5章 关键技术——机头拖动系统的研究
• 5.1 机头拖动系统概述
• 5.2 异步电机矢量控制的原理分析
• 5.3 系统的建模与仿真研究
• 5.3.1 坐标变换模块
• 5.3.2 SVPWM模块
• 5.3.3 PI模块
• 5.3.4 系统仿真结果与分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录