【某激光切割机运动控制器系统总体方案设计案例分析2500字】

某激光切割机运动控制器系统总体方案设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u22547某激光切割机运动控制器系统总体方案设计案例分析 126771.1课题的方案总体设计 198531.2控制系统功能需求 3101281.3控制系统的硬件设计方案 463391.4控制系统的软件方案设计 5激光切割机床的生产自动化以及数控科技已成为现阶段数控高质量、高精度且稳定快速的组成部分，该技术已经发展成为近代我国机床装备工业生产中必不可少的重要技术组成的一部分。然而如果说使用到这种运动数控控制系统中最重要的一个技术核心，就是它的机械运动控制器(它的运动管理控制器通常也就是说泛指能够根据所控制需要的运动控制解决方案，将一个计划过程中的控制命令直接转换成所控制需要的一个机械整体运动，以便于我们实现对一个机械整体运动的准确位置运动控制、速度运动控制、加速度运动控制、扭矩或者应力的运动控制。)本文的研究课题主要设计了以运动专用控制芯片MCX314为主要控制核心，STM32为核心微处理器的多轴双向运动矢量控制管理系统。我们通过自主开发研究和设计开发了一种以Linux微软为操控基础的人器交互智能操控体系，在本章中我们将对所选择方案的问卷调查中调查的关于控制系统硬件设计、整体设计控制器硬件设计和控制系统应用的软件设计三方面来进行详细论述说明。1.1课题的方案总体设计根据相关方案所设计的桌面型激光切割机控制系统的整体结构如图1.1所示：图1.1系统总体结构框图主体结构由机床操作的平台GF3015如图1.2所示：图1.2GF3015机床运动的控制设备、激光发生装置（RFL-C1000）图1.3所示：图1.3RFL-C1000激光发生器激光水冷却装置（图1.4）和以PCap为基准的电容采集装置等组成。图1.4TFLW-1000WDR水冷机上图中可以看出我的系统是以GF3015机床作为操作平台，激光发生器用来产生激光的，水冷机用来冷却激光产生的大量的热量的，数控激光系统通信是一种通过一个标准激光串行接口无线通信控制接口RS232与标准激光信号发生器直接进行无线通信,并进行脉宽(PWM)调制和光闸控制。激光发生器在工作中产生大量的激光热量所以必须要配备一个冷却机，这里我们选择TFLW–1000WDR-01-1225激光水冷却器用来对激光发生器的流体进行冷却,这个冷却机的功率合适;采用基于PCap01的电容伺服系统来控制高程度调整器组分。PCap01是一种用于电容数字转换的单芯片解决方案,配备用于对电容进行相关测量的转换型单芯数字处理芯片。其变换单元的前部份设计灵感来源于Acam专利测量系统PCap原理。该原理对我们带来许多启发，它带来一个非常高精度的时空转换,最小的转化时间为2微秒，即2秒的二两百万分之一。对此法的运用主要看中其灵活的特性，该测量原理应用十分灵活，具有显著低下的功率消耗和更高的精确率,以及较快的速度。如图1.5所示是数控系统整体方案的系统流程图。具体方案步骤是确定设计方案-硬件设计，软件设计-实验环境下的测试-用激光切割机在线测试-完成项目设计。图1.5方案流程图1.2控制系统功能需求由以上章节对总设计方案的叙述分析我们可以得到在运行中分别规定了对于上位机的软件应用和下位机的运动控制设备的要求如下：对上位机的软件要求：（1）对加工工序控制要求：对于输入和输出的控制、单轴运动的控制、自动化运行控制等；（2）系统相关参数：对于系统、运动、控制相关参数以及外部的装置配置的情况；（3）控制器监视情况；控制器主要状态、读写监测、Z轴相关标定情况；（4）消息显示公告栏情况：对于警报、警告等报告，运行情况；对于控制器功能需求方面的要求： 通讯接口情况：RS232串行通讯接口一个，485通讯接口一个，RJ45网络通讯接口一个；I/O端口:共7个输入端口，7个输出端口，还有一个扩展的SPI端口;4轴伺服器的驱动接口情况：每一根轴有两根脉冲输出或输入、使能信号，差分方向信号，反馈信号，伺服器报警信号。使用8路模拟信号采集接口；每轴正同负限位、零点信号的输入口；拟选用24伏的工业供电接口；.需在内外部数字、模拟电路之间进行芯片隔离；1.3控制系统的硬件设计方案主要的控制面板是以运动的控制设备为重心，采用STM32F103C8T6单片机为设计主脑。利用GF3015机床的机械结构作为我们这套系统的主要载体。它也包括了一个发射电机来操纵和控制激光剪刀头。由于每个龙门轴上的两个驱动电机之间的驱动脉冲次数相等，因此两个龙门轴可以通过相同的连线来实现对左右两边电机的操控和同步。由以上所知，我们需要的主控系统必须能够对三轴进行同时操控。而我们采用的运动控制装置的芯片本身具有四轴驱动能力，所以我们在对上位机进行调试时都需要使用该软件。因为Qt软件在制作人机界面方面功能强大，所以我设计的上位机调试软件都会使用这个软件。在设计工件制作过程中，上位机需要制作信息量庞大的图形数据，并将制作好的图形数据传输给下位机，致使下位机需要处理的数据信息量也十分繁杂，采用W5500以太网芯片能够高速的传输数据，并集成了tcp/ip协议栈。因此，本设计选择W5500作为单片机连接上位机的通信芯片。控制器对激光发生器的光闸和功率采用串口通信方式，所以要扩展一个RS232模块。数控系统的硬件电路结构如下：图1.6控制器电路结构框图1.4控制系统的软件方案设计我这次设计的系统软件程序解决方案主要分为两类，即系统驱动层软件程序和系统应用层软件程序。驱动过程就是一种人机相互的形式。底层驱动由系统时钟配置、定时器配置、STM32和MCX314al的并行总线FSMC驱动、GPIO配置、AD7606驱动、控制激光发生器的下位机RS232串行通信系统驱动、与上位机通信的SPI驱动等部分组成。控制系统软件方案设计图如下所示：图1.7控制系统软件设计方案上位机程序是在QT5的开发环境下进行的。由于工作量大、复杂，本课题开发的上位机软件是在开源软件LibreCAD的基础上开发的，一方面提高了项目的可行性指标，另一方面也加快了项目的进度。该程序算法与运动控制芯片MCX314的一体式4轴独立驱动相结合X、Y、Z和U的每个轴具有完全相同的功能。每个轴都有一个32位的位置计数器，最大速度为4Mpps，可实现固定速度/线性加减速S曲线的驱动。编码器输入，超限，原点输入，弧，直线，连续插值；弧/直线/连续插值，将下一次插值的节点数据写入当前插值节点，当前插值不会停止，插值动作可以继续:非对称