连续轨迹运动控制系统的研究与应用

论文摘要

运动控制设备已经广泛地应用于电子封装、医疗仪器、LED、磁盘制造业等领域,具有良好的发展前景和市场,但是仍有许多技术问题需要深入探讨。本文针对运动控制系统在自动点胶机中的应用进行了研究。目前,国内点胶机设备研发的主要问题是对点胶机设备和加工工艺的有效控制。例如控制系统的稳定性、人机交互的方便性和可靠性、规则和不规则图形的插补问题以及高速加工中微线段的最佳转角速度的处理等。一般而言,自动点胶机的加工精度取决于三个因素:命令路径的精确度、控制器的设计及机械结构。其中机械结构的部分已经日趋成熟,因此为使加工精度与速度获得提升,控制系统的设计必须包含良好的运动控制器与正确的命令插值。对此,本文在基于ARM和ASIC的独立式运动控制器的基础上通过设计软件对点胶加工轨迹进行规划,使控制器得到精确的加工轨迹命令。文中首先给出运动控制系统设的总体设计。其中介绍了系统的硬件结构和软件设计,进而给出了轨迹规划算法的研究。轨迹规划就是期望设备能沿着设定的路径并按照一定的加工速度作精确运动。目前,对于复杂轨迹的加工是借助于CAD软件,通过CAM软件将加工图形转换为加工代码即G代码。通过对G代码文件进行编译后,控制器就可以直接执行编译后的文件。CAM软件将复杂加工轨迹分成了许多的微小线段,由于这些微小线段之间存在不光滑的转接,在转接处很容易造成机台过冲,使加工工件受损。因此需要在这些转接处进行速度处理。其次,本文给出连续轨迹插补及速度处理算法的研究。速度处理就是在轨迹加工之前对在转接处的速度进行处理即速度前瞻。为减小在转接处由于过冲造成的振动,传统的办法是单段加工,使加工速度在转接处时降为零速。但是由此造成的后果就是加速度变化频繁,使得总体加工速度变缓,加工效果不理想,效率低下。本文通过设置缓冲区,对各段轨迹进行预处理,实现轨迹的连续插补,转接处的速度得到了有效处理。最后,通过MATLAB对实验结果进行处理,验证了算法的有效性和可行性,从而提高了系统的加工精度和加工效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 运动控制技术
• 1.3.1 速度规划的发展现状及分析
• 1.3.2 运动控制的特点及应用领域分类
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 控制系统的设计与实现
• 2.1 引言
• 2.2 控制系统总体结构
• 2.3 控制系统的硬件架构
• 2.4 控制系统的软件架构
• 2.4.1 操作系统内核及其移植
• 2.4.2 人机交互协议
• 2.4.3 功能界面设计
• 2.4.4 插补算法的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 数控代码的编译及插补算法的实现
• 3.1 引言
• 3.2 NC代码编译
• 3.2.1 G、M指令及其特点
• 3.2.2 G、M指令的结构体及其初始化
• 3.2.3 代码编译动态库的建立及其调用
• 3.3 插补算法
• 3.3.1 直线插补算法
• 3.3.2 圆弧插补算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 速度规划算法的研究
• 4.1 引言
• 4.2 运动控制模式的规划
• 4.2.1 梯形速度曲线规划
• 4.2.2 S形速度曲线规划
• 4.2.3 速度曲线模式的选择
• 4.3 最佳转接速度处理算法
• 4.3.1 轨迹段间拐点的预测
• 4.3.2 转接处最佳速度的计算
• 4.4 连续轨迹插补功能的实现
• 4.4.1 连续轨迹插补的原理
• 4.4.2 连续轨迹插补算法的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实验研究与分析
• 5.1 引言
• 5.2 非连续轨迹插补实验分析
• 5.3 连续轨迹插补实验分析
• 5.4 实验结果对比分析
• 5.4.1 初速度变化对速度曲线的影响
• 5.4.2 加速度对速度曲线的影响
• 5.4.3 最高速度对速度曲线的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢