基于CPAC的开放式卷簧机控制系统设计

摘要

弹簧是基础零部件，在工程机械、机械装备、能源、航空航天、轻纺、汽车等行业应用广泛。随着工业现代化发展，对弹簧的加工精度和空间形状的要求日益增高，但是国内弹簧加工设备生产能力有限，技术落后，大部分卷簧机数控系统依靠进口，进口设备不但价格昂贵而且不支持二次开发，因此自主研发开放式数控系统成为了当下急需解决的问题。
　　由此，提出以固高计算机可编程运动控制器(CPAC)为控制核心搭建软硬件平台的解决方案，通过硬件选型和软件模块化开发，实现开放式卷簧机控制系统的设计。具体研究内容如下：
　　根据弹簧的成形原理和工艺分析，结合数控卷簧机机械结构和工作原理，制定开放式、模块化的卷簧机系统总体方案。
　　根据卷簧机的加工特点和控制要求，确定控制系统的硬件结构，采用固高自主研制的GUC系列的控制器作为卷簧机的控制核心，结合伺服电机和HMI人机界面，构建基于CANopen总线的系统的硬件控制平台。
　　利用软件开发平台Otostudio，对卷簧机控制系统各功能进行“即插即用”的模块化设计，编写弹簧卷绕程序，定义标准通信接口，开发便于用户操作的人机界面，实现系统开放式设计，方便二次开发升级。
　　对卷簧机加减速运动进行研究，建立加减速优化算法数学模型，并通过MATLAB进行仿真分析，并进行了卷簧机控制系统测试，测试结果基本上满足了设计要求。

目录

声明

第一章绪论

1.2数控卷簧机的国内外发展状况

1.3本课题主要研究内容

第二章卷簧机系统总体设计方案

2.1弹簧的基本参数

2.2数控卷簧机的工作原理及其机械结构

2.3卷簧机控制系统总体方案设计

2.4本章小结

第三章开放式卷簧机硬件系统设计

3.2卷簧机控制系统硬件结构

3.3驱动系统设计

3.4HMI人机界面控制面板设计

3.5扩展IO和端子板

3.6电器柜布局图

3.8本章小结

第四章开放式控制系统软件设计

4.2程序功能模块设计

4.3弹簧卷绕动作模块设计

4.4卷簧机人机界面设计

4.5本章小结

第五章加减速控制与MATLAB仿真

5.2S曲线加减速模型

5.3简化的S曲线加减速算法

5.4基于MATLAB的仿真计算及结果分析

5.5本章小结

第六章卷簧机控制系统测试

6.2手动模式测试

6.3代码编译测试

6.4本章小结

第七章结论

7.2展望

参考文献

附录I程序

致谢

攻读学位期间的研究成果