基于嵌入式系统的印花机械同步控制

论文摘要

纺织印染行业是影响到国计民生的重要行业之一,纺织印染机械在其中又起着重要的作用。目前,我国的印染机械的发展水平同国外的先进水平还存在着较大的差距,国外的技术垄断,严重地阻碍了我国印染机械市场竞争力的进一步提高。高性能的同步控制是圆网印花机的关键技术。本文以“独立传动式圆网印花机”为背景,研制和开发了“基于嵌入式系统的印花机械同步控制”。其中包括系统的总体方案设计、硬件设计、软件设计以及控制算法实现等问题。嵌入式计算机技术经过近十年的快速发展,在许多领域内已经取代了通用计算机。嵌入式计算机具有专用性、实时性、软硬件系统可裁剪等优点,在军事电子、航天航空、医疗器械、工业控制、家用消费电子等领域得到广泛应用。利用嵌入式控制系统,可以实现高性能的同步控制,与一般的工控机控制系统相比较,该系统性能更稳定、响应更快,并且成本较低。本文通过对圆网印花系统中的同步控制进行分析,确定了决定印花精度是圆网与导带间的速度同步和圆网与圆网间的位置同步问题;保证印花工艺正常进行是进布、印花、烘房和落布四个单元的速度同步问题。为此,设计了以高速嵌入式“片上系统(SOC)”微处理器为核心的同步控制器和以数字信号处理器(DSP)为核心的主控板。论述了基于DSP同步控制系统的硬件构成、软件设计以及它们的设计特点。硬件的设计充分体现了单片机的强大功能以及它们在系统中的灵活运用。在控制软件的设计过程中,采用了模块化的程序设计方法,并采取必要的措施来提高软件系统的可靠性。文章的最后,提出了对系统进行优化改进的设计方案,针对圆网升降速“错花”现象进行分析,并提出了解决方案,并对圆网系统的网络化远程监控提出了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 印花机械现状与发展趋势
• 1.2.1 印花机械的现状
• 1.2.2 国内圆网印花机的概况及生产水平
• 1.2.3 国外圆网印花机的概况及生产水平
• 1.2.4 圆网印花机的发展趋势
• 1.3 论文的内容
• 第二章 嵌入式系统
• 2.1 嵌入式系统综述
• 2.1.1 嵌入式系统的分类
• 2.1.2 嵌入式系统的特征概述
• 2.1.3 嵌入式系统的设计方法
• 2.2 嵌入式处理器
• 2.3 嵌入式操作系统
• 2.3.1 嵌入式操作系统的组成和特性
• 2.3.2 主流嵌入式操作系统
• 2.4 嵌入式体统开发的一般过程
• 第三章 圆网印花机的体系结构
• 3.1 圆网印花机的结构及工作原理
• 3.2 造成错花的原因
• 3.2.1 圆网与导带之间的同步对印花精度的影响
• 3.2.2 圆网与圆网间的同步对印花精度的影响
• 3.3 圆网印花机的控制结构
• 第四章 控制系统的设计
• 4.1 多电机同步控制的方法
• 4.1.1 非交叉祸合控制
• 4.1.2 交叉祸合控制
• 4.2 多电机同步控制的要求
• 4.3 同步控制系统性能指标
• 4.3.1 圆网与导带的同步控制性能指标
• 4.3.2 圆网网间的同步控制性能指标
• 4.4 模糊PID控制器的设计分析（同步控制算法）
• 4.4.1 调节器的数学模型及其控制算法
• 4.4.2 模糊PID控制器
• 4.5 嵌入式同步控制器的设计
• 4.5.1 工作原理及硬件结构
• 4.5.2 软件结构
• 4.6 DSP概述
• 4.6.1 DSP的定义
• 4.6.2 DSP的特点
• 4.6.3 DSP与微控制器（MCU）的比较
• 4.7 基于DSP的主控制板设计
• 4.7.1 工作原理及硬件结构
• 4.7.2 软件结构
• 第五章 系统的优化与发展
• 5.1 升降速“错花”现象及其解决方案
• 5.1.1 原因分析
• 5.1.2 解决方案
• 5.2 圆网系统的远程监控
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢