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基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统的研发

作　者: 廖知
导　师: 杨帆
学　校: 武汉工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 雕刻机 数控系统 DSP 速度和轨迹控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


数控系统是数控雕刻机的控制核心,其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着数控雕刻机的加工质量与加工效率,对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。本文针对国产数控雕刻机现状和市场需求,研发了基于高性能DSP新型雕刻机数控系统,以提高国产雕刻机数控系统的性价比和市场竞争力,并为雕刻机最终用户改善产品质量、提高生产效率、节约生产成本提供有效手段。在雕刻机控制系统实现上,将数控技术与嵌入式系统的应用有机结合起来,根据雕刻机控制系统的设计需求,确定了数控系统总体设计方案。采用TI公司主推的32位定点数字信号处理器TMS320F2812作为下位机控制系统核心处理单元,并将其与FPGA相结合来取代目前市场上主流的单片机与工控机相结合的联机控制,采用模块化设计思想,根据控制电路分担任务的不同,分模块进行了雕刻机控制系统软硬件详细设计,使得系统设计灵活性和工作可靠性大大提高。在速度控制中,本课题结合了步进电机的转矩-频率特性和微处理器计算能力,提出了抛物线加减速控制方法,合理的利用了微处理器的资源,同时使电机的升、降速过程快而且平稳；在轨迹控制中,对普通数字积分插补算法进行改进,运用了快速数字积分插补算法,使控制器对插补过程的运算效率更高,减小了控制器的运算压力。实际试验证明了本文所提的基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统设计方案的可行性和可靠性,具有很强的应用价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 数控雕刻机的概况  10-12
    1.1.1 数控雕刻机的起源  10-11
    1.1.2 数控雕刻机的发展现状  11
    1.1.3 数控雕刻机的发展趋势  11-12
  1.2 嵌入式系统的概况  12-14
    1.2.1 嵌入式系统的发展  12-13
    1.2.2 嵌入式系统在工业控制应用上的优势  13-14
  1.3 选题的意义  14-15
  1.4 研究内容及文章结构  15-18
第2章 系统原理及总体方案设计  18-24
  2.1 系统的工作原理  18-19
  2.2 系统的设计需求  19
  2.3 系统的设计原则  19-20
  2.4 系统总体方案  20-22
  2.5 本章小节  22-24
第3章 加工轨迹和速度控制方法  24-42
  3.1 轨迹控制  24-33
    3.1.1 插补技术  24-25
    3.1.2 插补算法的分类及其特点  25-26
    3.1.3 数字积分法  26-31
    3.1.4 数字积分法的改进和在本系统中的应用  31-33
  3.2 速度控制  33-40
    3.2.1 步进电机的运行特性  33-34
    3.2.2 步进电机的速度规划  34-36
    3.2.3 基于"大S"的速度控制方法  36-40
  3.3 轨迹和速度联合控制实现  40-41
  3.4 本章小节  41-42
第4章 系统的硬件设计  42-56
  4.1 基于TMS320F2812最小系统的设计  42-49
    4.1.1 DSP芯片TMS320F2812  42-44
    4.1.2 电源电路设计  44-45
    4.1.3 时钟和复位电路设计  45-46
    4.1.4 JTAG调试电路设计  46-48
    4.1.5 存储电路设计  48-49
  4.2 U盘数据通讯的设计  49-51
  4.3 人机界面的设计  51-53
    4.3.1 LCD显示电路设计  51-52
    4.3.2 键盘电路设计  52-53
  4.4 数控系统的硬件抗干扰设计  53-54
    4.4.1 电磁干扰  53-54
    4.4.2 抗干扰措施  54
  4.5 本章小节  54-56
第5章 系统的软件设计  56-68
  5.1 DSP应用程序设计  56-57
  5.2 U盘并口模块的程序设计  57-58
  5.3 人机界面程序设计  58-60
    5.3.1 键盘接口程序设计  59
    5.3.2 LCD液晶显示程序设计  59-60
  5.4 FPGA程序设计  60-65
    5.4.1 FPGA简介  61
    5.4.2 开发环境  61-62
    5.4.3 输出脉冲模块的设计  62-65
  5.5 软件抗干扰技术  65-66
  5.6 本章小结  66-68
第6章 加工实例  68-72
  6.1 加工参数  68-69
  6.2 工件效果  69-70
  6.3 本章小节  70-72
第7章 总结与展望  72-74
  7.1 总结  72
  7.2 展望  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-80
攻读硕士期间发表的论文  80

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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 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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