一类通用运动控制器的设计与应用研究

论文摘要

针对用户对新型三伺服自动包装机的应用需求,本文基于自主研发的通用运动控制器为核心,开发了三伺服自动包装机专用控制软件。并在原有研究的基础上,作了进一步的改进工作,开发了追踪和定长两种包装模式,实现了电子防切、空槽检测、自动接膜等新功能,提高包装机的整体性能。针对自动包装机运动控制系统特点,提出了一种基于UML模型的实时运动控制软件设计方法。通过对包装对象进行分析,建立系统动态图,以活动图的方式描述了包装运动过程,以及新功能的执行过程。本设计应用了电子凸轮和同步控制技术,取代了机械凸轮和轴间机械联动装置,简化了包装机的机械结构,提高了产品加工精度。根据用户的要求,利用PID算法补偿从动轴的位置,有效的消除了机械累积误差,与追踪量配合保证了追踪模式下包装膜的横封精度,提高了包装质量。针对通用运动控制器的可靠性研究,开发了一套测试通用运动控制器硬件质量的测试系统,该测试系统的使用使通用运动控制器的硬件可靠性得到了保障。通过以上研究工作,开发的基于通用运动器的自动包装机控制软件,通过现场调试,达到了设计要求,获得了用户的认可。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源与研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究目的与意义
• 1.2 包装机概述
• 1.2.1 自动包装机简介
• 1.2.2 自动化在包装机械行业中的应用
• 1.3 本文的研究内容与结构
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的章节结构
• 第二章 自动包装机控制系统研究
• 2.1 自动包装机概述
• 2.1.1 自动包装机基本结构概述
• 2.1.2 几种不同类型的自动包装机介绍
• 2.2 自动包装机运动控制器的硬件介绍
• 2.2.1 自主研发的多轴通用运动控制器
• 2.2.2 硬件原理设计
• 2.3 自动包装机运动控制系统核心
• 2.3.1 主控芯片介绍
• 2.3.2 上下位机软件开发环境
• 2.4 本章小结
• 第三章 自动包装机运动控制软件设计
• 3.1 UML 介绍
• 3.2 自动包装机控制系统软件功能分析
• 3.2.1 上位机软件功能分析
• 3.2.2 下位机软件功能分析
• 3.3 自动包装机上位机软件设计
• 3.3.1 触摸屏概述
• 3.3.2 上位机软件设计与实现
• 3.4 自动包装机下位机软件结构设计
• 3.4.1 下位机软件层次划分
• 3.4.2 下位机软件系统状态图
• 3.4.3 辅助动作子状态图
• 3.4.4 包装过程子状态图
• 3.4.5 新功能子状态图
• 3.5 包装过程设计
• 3.5.1 定长包装位置处理过程
• 3.5.2 追踪包装位置处理过程
• 3.6 触摸屏与通用运动控制器通讯程序设计
• 3.6.1 Modbus 协议概述
• 3.6.2 自动包装机Modbus 协议简述
• 3.7 本章小结
• 第四章 自动包装机控制系统软件关键技术
• 4.1 横封电子凸轮运动概述
• 4.1.1 横封电子凸轮运动
• 4.1.2 横封电子凸轮算法
• 4.2 三轴同步控制概述
• 4.2.1 三轴同步控制原理
• 4.2.2 PID 补偿算法
• 4.2.3 追踪量补偿
• 4.3 电子防切功能控制算法
• 4.3.1 电子防切概述
• 4.3.2 电子防切控制算法
• 4.4 空槽检测功能过程
• 4.5 自动接膜功能算法
• 4.5.1 自动接膜原理概述
• 4.5.2 自动接膜算法实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 通用运动控制器测试系统设计
• 5.1 测试系统总体设计
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 测试板硬件设计
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 上位机测试界面
• 5.3.2 下位机测试软件设计
• 5.3.3 测试协议设计
• 5.4 测试过程注意事项
• 5.5 测试系统可靠性研究
• 5.5.1 抗干扰研究
• 5.5.2 软件滤波方法
• 5.5.3 软件“看门狗”技术
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 1 本文主要研究成果
• 2 下一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录