嵌入式数控系统的研究及其在自动绗绣中的应用

摘要

绗绣系统是将控制技术、缝纫技术与绣花技术相结合的智能控制系统。它在单台缝纫机绣花的基础上，将若干台缝纫机连接起来，运用自动控制技术，使缝纫绣花制品这种传统的手工艺术可以批量生产。我国绗绣数控技术起源于九十年代中，经过了十多年的发展，由当初的凸轮绗缝机到电脑连续花模数控绗缝机，现在已经发展为电脑连续/独立/多花模数控绗缝机、电脑绣花机。国内相关的技术不断进步，控制模式已由当初单纯单板机控制到现在的工业计算机控制。但国内企业生产的缝制设备一般存在速度低、精度不高，稳定性差，机器易损坏等缺点。 本文在深入研究传统的PC+NC控制模式数控绗缝系统的基础上，提出将嵌入式系统技术应用到绗缝、绣花机的数控系统。引入嵌入式技术的绗绣数控系统不但具有NC系统的实时性、可靠性、成本低及功耗低的优点，而且具有PC平台的开发环境好、软硬件资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点。本文的研究主要围绕嵌入式绗绣数控技术的关键问题进行展开。 针对嵌入式系统平台，探讨了嵌入式操作系统VxWorks在S3C2410A微处理器控制目标板上的裁剪移植，主要是对其最小系统的BSP配置进行了分析，并通过测试确定嵌入式控制器的CPU、SDRAM和FLASH等工作的稳定性。 深入分析VxWorks操作系统的图形系统显示技术，研究了VxWorks操作系统WindML下的直线、圆弧、椭圆等的显示优化技术，设计了包括直线图元、圆弧图元的矢量图形储存数据结构，为后续的打版和控制技术的深入研究作了铺垫。 在控制算法方面引入模糊控制技术，使用T-S模糊推理模型，将绗绣精度密切相关的绗绣步距误差，步距误差变化率，位置误差，位置误差变化率四个参数作为模糊推理模型的输入参数，将数控插补值的修正量作为模糊推理的输出参数。模糊控制系统中的模糊控制器是在S3C2410A微处理器上软件实现的，使用了离线计算、在线查表的方法，通过获取系统的运动状态信息并与控制信息一起经过模糊化、模糊运算推理和清晰化处理后输出。针对绗绣加工工件的特殊性，本文提出了基于象限进行位置补偿的绗绣数控柔性工件加工补偿算法，分别对直线图元和圆弧图元在四个象限内的补偿算法作了分析和研究。 研究了VxWorks操作系统下绗绣数控系统软件的设计。在对控制系统进行多任务合理划分的基础上，对任务优先级分配与调度策略进行了研究，并设计了各任务间的消息队列。对系统急停中断和作业控制任务的通信，本文也作了深入研究。 嵌入式绗绣数控系统克服了基于PC+NC结构的传统控制系统在体积、功耗和成本方面的缺陷，具有实时性高，运算速度快等特点。同时，采用了嵌入式VxWorks实时多任务操作系统，软件开发和移植容易，可采用构件化结构和功能模块行组态。这种控制方式应用到柔性工件加工及相关领域，具有一定的实用价值和前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章嵌入式绗绣数控技术基础

第三章绗绣机械数控平台操作系统的移植

第四章嵌入式系统图形技术的研究

第五章绗绣数控系统的控制算法

第六章绗绣数控系统软件设计

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文及科研获奖

独创性声明

致谢

附录