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平面磨床控制器的设计和实现

作　者: 李婷
导　师: 孙正鼐
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 平面磨床控制器 运动控制 步进电机 细分波形
分类号: TG582
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要


我国制造行业中,企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床,而且半数以上是役龄超过10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长等问题,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场以及效益,制约了企业的生存和发展,所以必须大力提高普通机床的数控化率。本文首先介绍了国内外数控机床及普通机床数控化的发展现状以及发展方向,接着对平面磨床控制器作了分析和研究,重点讨论了该控制器的硬件设计和软件设计方案,并在此基础上设计了基于步进电机的机床进给系统,最终完成了硬件设计和软件编程。本设计采用STC公司高速、高可靠性的MCU-STC89C52作为系统的微处理器,配合运动控制芯片,使原本复杂的运动控制简单化,能够实现对光栅尺脉冲的计数,PWM信号的产生等功能,并且有16路扩展的I/O口,节省了微处理器的I/O口。显示部分采用的BC7281控制芯片能够方便的达到数据实时显示,从面板输入参数等功能。在步进电机的驱动控制中,采用了细分控制方法,为了提高细分精度,提出采用两相步进电机细分步距矢量角与细分电流之间的函数关系作为细分电流的控制波形,并推导出该函数的数值解法,实现了对细分电流的精确控制和在线计算细分电流给定值。而驱动电路则采用单片机结合电机专用控制芯片L297组成步进电机逻辑控制电路,控制大功率MOSFET管组成的H桥驱动电路,并采用IR2110驱动功率管的栅极,简化了功率驱动线路,该驱动电路实现了大功率恒流斩波驱动,可用于大功率的自动化设备中。另外,为了在最短的时间内使步进电机加速到最高运行频率,在转矩最大处升到高一级频率,以获得最大加速度。换相时刻由增量式光栅尺的反馈信号决定,避免了复杂的计算,提高了系统的灵活性。通过实际的测试表明,该平面磨床控制器的稳定性、可靠性以及精度都达到了预先的要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题背景  9
  1.2 课题来源及研究的目的和意义  9-10
  1.3 国内外在该方向的研究现状及分析  10-11
  1.4 本课题主要研究内容与章节安排  11-13
第2章 系统整体设计方案  13-19
  2.1 平面磨床电气控制系统分析  13-14
  2.2 系统的功能分析及设计方案  14-18
    2.2.1 系统功能分析  14-15
    2.2.2 系统设计方案  15-16
    2.2.3 步进电机驱动方式比较  16-18
  2.3 本章小结  18-19
第3章 步进电机驱动设计  19-30
  3.1 两相混合式步进电机工作原理与特性分析  19-24
    3.1.1 两相混合式步进电机结构  19-20
    3.1.2 两相混合式步进电机工作原理  20-21
    3.1.3 两相混合式步进电机特性分析  21-24
  3.2 混合式步进电机数学模型  24-25
  3.3 两相混合式步进电机细分驱动  25-29
    3.3.1 两相混合式步进电机细分控制原理  26-27
    3.3.2 两相混合式步进电机细分波形研究  27-29
  3.4 本章小结  29-30
第4章 控制器硬件设计  30-45
  4.1 微处理器与运动控制芯片  30-31
    4.1.1 微处理器  30
    4.1.2 运动控制芯片  30-31
  4.2 电源电路  31-33
  4.3 显示电路  33-35
    4.3.1 显示控制芯片简介  33
    4.3.2 数码管显示  33-35
    4.3.3 参数设置  35
  4.4 滤波电路  35-38
    4.4.1 滤波原理  35-37
    4.4.2 滤波器参数确定  37-38
  4.5 报警电路  38-39
  4.6 步进电机驱动控制电路  39-44
    4.6.1 逻辑控制电路  40-42
    4.6.2 功率驱动电路  42-44
  4.7 本章小结  44-45
第5章 控制器软件设计  45-62
  5.1 主程序  46-47
  5.2 步进电机控制程序  47-54
    5.2.1 增量式光栅尺简介  47-49
    5.2.2 步进电机细分控制程序  49-51
    5.2.3 步进电机运行控制程序  51-54
  5.3 显示程序  54-61
    5.3.1 数码管显示程序  54-59
    5.3.2 键盘操作程序  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第6章 系统测试  62-66
  6.1 粗磨进给测试结果  63
  6.2 精磨进给测试结果  63-64
  6.3 总磨削进给测试结果  64
  6.4 工作台进给测试结果  64-65
  6.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-70
攻读学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 磨削加工与磨床 > 平面磨床
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