基于嵌入式的套结机运动控制系统的设计与实现

论文摘要

随着嵌入式技术的发展和市场对缝纫设备的要求,人们对缝制设备的性能要求越来越高。但国内一些特种缝制设备,如绣花机、套结机等,不仅性能较差、价格昂贵,而且大部分依靠国外进口。因此,本文研究了一种基于ARM9+Windows CE软硬件平台的高速工业套结机运动控制系统的实现方案,用来满足市场对套结机实时性、精度和速度方面的要求。在硬件设计部分,首先分析了高速套结机运动控制系统的功能需求,对系统软件开发环境和硬件开发平台进行了选择。软件开发环境选用实时性较强的操作系统Windows CE,硬件开发平台主控制器则选用嵌入式微处理器S3C2410。接着介绍了套结机系统的整体设计方案,给出了系统的整体结构图,然后分别介绍了系统各个功能模块,并且给出了设计框图,重点介绍了主控板、伺服电机模块和步进电机模块的硬件实现；在驱动设计部分,采用流驱动设计方法对主轴伺服电机和步进电机设备驱动程序进行了设计,并且采用Windows CE多线程机制和中断处理的方法来满足套结机的强实时要求；在应用软件设计部分,首先分析了套结机的工作流程,然后重点介绍了系统的两个主要模块：主轴电机模块和步进电机模块的软件实现。并介绍了该控制系统中的运动控制算法——单轴零点定位算法和多轴协同运动控制算法。通过分析和比较现有的几种协同运动控制算法,提出了一种适合于本系统的改进算法,该算法已经成功应用于本套结机系统中。论文还给出了系统的调试过程。首先对各个模块进行调试和测试,在此基础上,给出了系统的测试结果。根据缝制的花样结果,可以证明本文设计的方案可以很好的应用于高速套结机系统中。最后,对研究和开发过程中的一些问题进行归纳总结,并展望了套结机运动控制下一步发展和研究的重点。通过对系统的设计与实现以及对测试结果的分析,表明该运动控制系统可以很好的满足高速套结机系统的功能需求。目前,国产高速工业套结机机与国外同种机型相比,在性能上还存在较大差距。本课题的工作致力于研发一种高性能、低成本的高速工业套结机控制器,对套结机工业的发展有着积极的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高速套结机系统研究的目的和意义
• 1.2 缝制设备的国内外研究现状
• 1.3 论文主要内容及结构
• 第2章 高速工业套结机运动控制系统硬件设计
• 2.1 高速套结机运动控制系统功能分析
• 2.2 平台的选择
• 2.3 控制系统的总体设计方案
• 2.4 功能模块介绍
• 2.4.1 主控板模块
• 2.4.2 主轴电机模块
• 2.4.3 步进电机模块
• 2.4.4 电源模块
• 2.4.5 CPLD协处理模块
• 2.4.6 各部分关系图
• 2.5 本章小结
• 第3章 运动控制系统软件设计与实现
• 3.1 驱动程序设计
• 3.1.1 流驱动实现流程
• 3.1.2 多线程的应用与中断处理
• 3.2 套结机系统工作流程
• 3.3 主轴电机软件设计以及实现
• 3.3.1 SPI通信实现
• 3.3.2 伺服模块位置控制系统
• 3.4 步进电机软件设计以及实现
• 3.4.1 PCL6143控制方法
• 3.4.2 运动控制器基本流程
• 3.5 套结机系统运动控制算法研究
• 3.5.1 单轴零点定位算法研究与实现
• 3.5.2 多轴协同控制算法研究与实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 调试与测试
• 4.1 步进模块调试
• 4.1.1 PCL6143的寄存器读写调试
• 4.1.2 计算公式
• 4.1.3 匀速持续运动模式调试
• 4.1.4 定长运动模式调试
• 4.2 主轴模块调试
• 4.3 系统测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况