可重组测控实验系统运动控制平台的设计与实现

论文摘要

可重组测控实验系统是一种能够自主选择软硬件模块并快速重组的测控实验系统。系统针对《机械工程测量学》课程实验教学内容,以五自由度运动平台、多功能数据采集卡和多种传感器及装夹具为系统硬件平台基础,能够快速实现机械工程测试实验。以不同的控制方式产生测试系统所需的激励信号或控制信号,是保证步进电机驱动单元能够正常运转、运动平台能否准确定位的关键问题之一。为此构建并封装了基于虚拟仪器技术的可动态调用的步进电机驱动系统,以及基于光栅尺的反馈系统。可重组实验系统人机界面需要实现控件快速互联。使用各控件提供的接口实现各控件之间的对接。在本文中采用了布线子系统实现控件的通信和快速互联。论文分析了实验系统运动控制平台的主要构成和实现免编程调用的关键技术;重点阐述了在Visual C++开发环境下基于PC机、DAQ卡、光栅传感器的开环、闭环控制运动控件的实现方法;针对动态重组中控件间互连的视觉仿真和数据通信（几何信息和信号数据信息类）问题设计了布线子系统,并对图形类以及成员函数的设计、定义等关键技术进行了详细讨论。整个系统的软件方面采用了模块化设计、多线程设计、Active控件的封装技术。论文还在所开发的可重组实验平台上就机械工程典型量的测试系统构成验证了其可行性与实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 机械工程测试的需求与现状
• 1.2 机械加工设备的发展与现状
• 1.3 系统的选题依据
• 1.4 本论文工作内容
• 第二章 运动控制平台的总体设计
• 2.1 系统的功能需求
• 2.2 五自由度运动平台的机械结构
• 2.3 运动控制模块的构成
• 2.4 运动控制模块相关硬件组成
• 2.4.1 适配卡的选择
• 2.4.2 电机的选型
• 2.4.3 步进电机驱动器的选择
• 2.4.4 位移传感器的选择
• 2.4.5 测微计的选择
• 2.5 软件开发环境选择
• 第三章 测试系统布线子系统的设计
• 3.1 布线子系统的系统需求分析
• 3.2 布线系统的总体结构
• 3.3 布线系统类的设计
• 3.3.1 CUnit 成员变量的设计
• 3.3.2 CUnit 成员函数的设计
• 3.4 布线系统算法的设计与实现
• 3.4.1 手动布线的设计和实现
• 3.4.2 自动布线的设计和实现
• 第四章 运动控制平台控制软件的设计
• 4.1 测试实验系统软件平台的总体结构
• 4.2 电机开环驱动模块的设计
• 4.2.1 PCI6013 数据采集卡的配置
• 4.2.2 数据采集卡脉冲的发生方式
• 4.2.3 脉冲的产生
• 4.2.4 步进电机速度的控制
• 4.2.5 步进电机开环控制模块的实现
• 4.3 电机闭环驱动模块的设计
• 4.3.1 光栅传感器原理
• 4.3.2 数据采集卡硬件连接方式
• 4.3.3 光栅采集程序的设计
• 4.3.4 光栅采集尺细分辨向技术及软件实现
• 4.3.5 电机闭环控制模块的实现
• 第五章 运动控制模块的封装
• 5.1 封装要求及关键技术
• 5.2 各组件的封装
• 5.2.1 开环控制控件的封装
• 5.2.2 闭环控制控件的封装
• 第六章 系统构建和运行实验
• 6.1 实验使用的传感器及软硬件模块
• 6.2 实验流程
• 6.3 总结
• 6.4 问题与改进
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文