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剑杆织机嵌入式控制系统软件的开发

作　者: 程宇昕
导　师: 何勇
学　校: 东华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 剑杆织机嵌入式操作系统分布式控制系统时序控制多任务调度
分类号: TS103.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高档剑杆织机是纺织加工关键装备之一,在纺织工业中占有举足轻重的地位。但是由于国内在机电一体化技术等核心技术上,与国外的先进水平有一定差距,极大地制约了剑杆织机的发展。本文即针对国内在嵌入式剑杆织机控制系统发展的不足展开研究。通过对剑杆织机控制系统发展的现状的分析,根据国外先进剑杆织机控制系统的发展趋势,论文提出在以MCF5235为核心的硬件平台下,基于VxWorks实时操作系统设计剑杆织机控制系统软件,本控制系统以抢占式内核为基础的多任务调度方式及以链表结构为基础的时序控制策略,来提高剑杆织机控制系统的实时性及稳定性。根据国外先进的剑杆织机控制系统在分布化、高速化、植入实时操作系统等方面的特点,研究了现代剑杆织机的工作原理和各机构功能,并详细分析了剑杆织机各机构的运动时序配合关系和剑杆织机控制系统主从关系组成结构及工作原理。根据剑杆织机控制系统的组成结构特点,在对剑杆织机控制系统的硬件结构、CPU选型要求、设计需求进行深入分析的基础上,构建了基于MCF5235的硬件平台及开发了相应的底层驱动程序,建立应用程序的接口函数库。根据先进剑杆织机控制系统对实时操作系统的需求,选择了VxWorks进行分析,并进一步实现VxWorks在MCF5235硬件平台的移植。本文在完成底层接口设计的基础上,以剑杆织机控制系统工作原理为依据划分软件主要框架,设计了系统任务、通信任务、定时中断服务任务三个主要模块,提出了基于抢占式的多任务调度机制建立剑杆织机控制系统的多任务调度算法。并且分析剑杆织机的主要运动状态后,以多任务调度为基础设计实现运动状态的切换。本文详细分析了剑杆织机的快速织造、慢速织造、寻纬操作等运动的控制策略,并在此基础上设计了各个运动下的软件框架。通过设计角度识别方法,并且以角度链表为基础建立链表结构的任务调度方式,完成快速织造时序、断纬及断经处理的时序控制设计,在时序控制中设计任务的具体操作以实现织机的织造控制。对控制系统可能受到的干扰提出了抗干扰措施,对干扰后系统的恢复提出了解决的方法。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 剑杆织机概述  11
  1.2 国内外剑杆织机的发展现状  11-13
    1.2.1 国外剑杆织机的发展现状  11-13
    1.2.2 国内剑杆织机的发展现状  13
  1.3 课题的研究背景、意义及内容  13-16
    1.3.1 研究背景  13-14
    1.3.2 研究意义  14-15
    1.3.3 研究内容  15-16
第二章剑杆织机工作原理及控制系统  16-25
  2.1 剑杆织机的工作原理  16-20
    2.1.1 织物的形成原理  16-18
    2.1.2 剑杆织机的时序运动  18-20
  2.2 剑杆织机控制系统工作原理  20-24
    2.2.1 剑杆织机控制系统构成  20-21
    2.2.2 剑杆织机控制系统的任务分析  21-23
    2.2.3 剑杆织机从系统  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章剑杆织机控制系统硬件驱动设计  25-39
  3.1 控制系统结构  25-30
    3.1.1 中央微处理器  26-27
    3.1.2 外围I/O  27-29
    3.1.3 通信接口  29-30
    3.1.4 交互模块硬件构成  30
  3.2 实时操作系统的移植  30-33
    3.2.1 实时操作系统  30-31
    3.2.2 VxWorks操作系统的组成  31-32
    3.2.3 实时操作系统VxWorks移植  32-33
  3.3 设备驱动设计  33-38
    3.3.1 中断源的管理  33-34
    3.3.2 定时器模块管理  34-35
    3.3.3 I/O端口的访问  35-36
    3.3.4 字符设备的驱动设计  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章剑杆织机控制系统软件设计  39-57
  4.1 剑杆织机控制系统软件构成  39-45
    4.1.1 控制系统软件结构  39-40
    4.1.2 控制系统任务间的调度  40-42
    4.1.3 控制系统任务间的交互  42-45
  4.2 中间件  45-47
    4.2.1 选色器操作  45
    4.2.2 储纬器操作  45-46
    4.2.3 电子多臂操作  46-47
    4.2.4 其他操作  47
  4.3 系统进程  47-50
    4.3.1 系统初始化  48-49
    4.3.2 织机初始化  49-50
    4.3.3 系统任务  50
  4.4 通信进程  50-53
    4.4.1 串口通信任务  51-53
    4.4.2 CAN通信任务  53
  4.5 定时中断服务进程  53-56
    4.5.1 织机运动状态的划分  54
    4.5.2 织机运动状态的转换  54-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章控制系统控制策略的软件实现  57-71
  5.1 织造过程中的控制策略  57-59
    5.1.1 织机角度表  57-58
    5.1.2 角度表运转策略  58-59
  5.2 织造过程的软件实现  59-67
    5.2.1 快速织造的控制策略及软件实现  59-62
    5.2.2 慢车运动的软件实现  62
    5.2.3 寻纬操作的软件实现  62-63
    5.2.4 断经处理的控制策略及软件实现  63-66
    5.2.5 断纬处理的控制策略及软件实现  66-67
  5.3 抗干扰设计  67-70
    5.3.1 数字信号采用的抗干扰处理  67-68
    5.3.2 通信的重发机制  68-69
    5.3.3 看门狗程序  69
    5.3.4 系统的恢复  69-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 总结  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-76
致谢  76

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