火焰切割机嵌入式数控系统

论文摘要

随着数控技术的飞速发展,数控火焰切割机在钢板的切割工业中应用越来越广泛。火焰切割机的数控系统对钢板切割质量有十分重要的影响,因此,用户对数控系统性能的要求日渐增高。数控系统的软件和硬件是决定切割机性能的重要因素,如何利用可靠的硬件电路和软件平台,开发一套功能强大、性能稳定的数控系统,成为了研究的热点。本论文将嵌入式技术和数控技术结合起来,对嵌入式数控系统进行研究,主要探讨的内容包括以下几个方面：分析低、中、高端数控系统体系结构,决定采用嵌入式数控技术设计本系统。嵌入式数控系统由上位机和下位机两大部分组成,上位机即主控制模块,由工业计算机等组成,下位机是基于STM32单片机自主开发的嵌入式运动控制模块。讲述系统各部分的硬件组成和软件结构。切割机应用程序运行在上位机的Windows XP+RTX系统平台上,在Visual Studio2005中开发此应用程序,利用开发环境中MFC工具编写用户界面进程,利用RTX工具编写实时任务进程。下位机嵌入式运动控制模块中,STM32单片机为控制器,利用Keil3.0软件编写程序,控制外部电路。上下位机之间利用并口方式快速交换数据。本论文中,着重讲述了上位机用户界面进程、实时任务进程的软件结构,G代码解析、轨迹插补、增量式PID算法,共享内存方式的进程间通信,以及嵌入式运动控制模块中,STM32 F103VCT6单片机模拟增强型并口（EPP）通信协议,A/B相正交编码计数器的用法,利用FOC（磁场导向）矢量控制技术控制伺服电机,电压SVPWM（空间矢量脉宽调制）的数字实现方法等内容。然后,在割矩调高章节中,简要地讲解了的直流伺服电机和电容式位移传感器组成控制割矩升降的伺服系统的工作原理。最后,对该嵌入式数控系统的性能进行了总结,并对软件和硬件框架优化进行了分析和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 切割机嵌入式数控系统介绍
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 嵌入式数控系统总体设计
• 2.1 系统软件设计思路
• 2.2 主控制模块功能设计
• 2.3 嵌入式运动控制模块功能设计
• 2.4 控制对象功能分析
• 第3章 主控制模块设计
• 3.1 模块的硬件与软件组成
• 3.2 用户界面程序设计
• 3.2.1 主界面窗口
• 3.2.2 实时监控窗口
• 3.2.3 数据处理窗口
• 3.3 实时任务程序设计
• 3.3.1 RTX实时扩展系统
• 3.3.2 软件设计思想
• 3.3.3 算法部分
• 3.3.4 与用户界面进程间的通信
• 第4章 嵌入式运动控制模块设计
• 4.1 基于STM32单片机的运动控制模块设计
• 4.2 增强型并口通信
• 4.3 运动控制模块的伺服系统
• 4.3.1 伺服控制整体设计
• 4.3.2 位移信号采集
• 4.3.3 伺服电机控制
• 4.4 I/O扩展模块
• 4.5 割矩调高
• 4.5.1 调高电机驱动
• 4.5.2 电容式位移传感器
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文