嵌入式微注塑机控制系统的研究

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为了满足民用和医用产品微小型化,进入20世纪80年代以来,微注射成型技术的产生为这些需求开辟了新的途径。微注射成型技术的关键在于微型零件的加工精度以及注塑量的控制上,这给控制精度以及控制的过程提出了新的要求。传统的注塑机器采用液压/气动驱动控制,它们存在控制精度差、反应慢等缺点。随着机电一体化技术的发展,出现了以单片机为核心的全电式控制系统。但是由于单片机计算能力有限,并且对位置、压力的控制一般为开环控制,其精度仍不能达到要求。所以,研究一种处理速度快、实现精度高的嵌入式微型控制器非常有必要。为了实现对位置、压力以及温度的全闭环控制,本文采用了MCU与FPGA相结合的控制策略。MCU主要完成对温度的PID控制、压力的开环控制、各种中断以及整个注塑过程中命令的协调处理;FPGA主要实现对注塑过程中四个电机的运动控制。这样减少了MCU计算量、并提高了系统硬件资源的有效利用。首先,在FPGA中通过编写底层通讯及速度-位置控制模块,实现通过接受上位机传输的参数来控制4个电机轴的精确运动。其次,利用最常规的PID控制算法在MCU中编程,实现了注塑过程中温度和压力的控制。最后,编写了上位机软件控制界面并测试了4主轴的运动控制及温度控制程序。实验表明:它的响应速度快,并且能够满足注塑过程中要求的注射速度-位置曲线、温度控制曲线等要求。本课题实现了基于FPGA的速度-位置控制软件算法的编程,并且为实现更高精度要求提供了可供扩展的基层模块,为在常规PID控制程序基础上实现更为智能的控制算法提供了参考。同时本论文在实验和调试过程中为减少MCU处理异常、注射速度过低、位置精度不够、在2个模具速度异常处理时反应时间慢、以及系统功能的升级等方面做出了一定贡献。
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