基于嵌入式控制的双点伺服曲柄压力机关键技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:qiaoweizhuo
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传统压力机采用普通电机驱动飞轮和离合器运动,难以实现变速驱动,因此运动特性固定、工艺适应性差,难以适应未来生产的需要。伺服压力机在传统压力机基础上,舍弃飞轮和离合器等装置,利用伺服电机直接驱动,实现了滑块运动的柔性控制,从而满足了不同加工工艺的需求。本文对双点伺服曲柄压力机展开研究,主要研究内容如下:首先,介绍了国内外伺服压力机及其数控技术的发展现状,分析了伺服压力机的工作原理、性能指标和工艺模式,根据设计需要进行了伺服压力机总体方案设计,确定了采用双点伺服曲柄压力机的结构,并完成了传动系统、驱动装置和控制系统方案的选择。并对双点伺服压力机进行了运动学和动力学分析,为实现伺服压力机的智能控制提供了理论依据。其次,本文采用双电机驱动的方式,对双电机同步控制方法进行了研究。首先建立了所选型号伺服电机的数学模型,针对常规PID无法满足有滞后性等复杂系统控制要求的缺点,本文先提出单点伺服控制系统采用模糊PID的控制策略,通过仿真发现模糊PID比常规PID具有更好的响应效果,然后在此基础上进行了同步控制的研究,对比几种同步控制策略,最后采用交叉耦合的控制方式。此外,由于伺服压力机在速度急剧变化时机械系统容易产生冲击、振荡等问题,本文采用了S曲线加减速算法进行加减速规划。然后,按照伺服压力机的控制要求,采用ARM+FPGA构成嵌入式伺服压力机控制系统的控制器,完成了核心板的选择和基于FPGA的扩展板设计工作,其中核心板ARM9完成系统控制任务处理工作,扩展板完成伺服电机驱动和信号接收等工作。最后,构建了嵌入式伺服压力机控制系统实时运行环境,完成了嵌入式Linux操作系统BootLoader、内核和根文件系统的定制与移植,采用Xenomai对Linux系统实时性进行改进,并完成硬件驱动程序设计。在此基础上,对嵌入式伺服压力机控制系统进行了功能模块划分,并完成伺服控制模块、通讯模块和人机交互系统设计,并进行了系统实验,采用伺服设置软件监测了压印模式和快-慢-快工艺模式下的伺服电机速度曲线的响应情况。
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