蓝宝石精密切割装置控制系统设计

摘要

随着当今信息化时代的飞速发展，人类社会逐渐步入了数字化时代，各种家电设备和仪器仪表都朝着数字化的方向发展。计算机系统是一个数字化系统，处理的信号完全是数字信号，因此对于检测和控制一些开关信号，借助于计算机系统处理相当方便。本文所设计的蓝宝石精密切割装置控制系统正是采用计算机控制系统，来完成对各种控制信号以及开关状态的检测等任务的。
　　 其中，对步进电机的控制是本文研究的重点内容，传统的步进电机驱动控制方法由于缺少细分，在蓝宝石切割装置实际运行中容易造成较大的低频振荡，这对于系统高平稳性的要求是不符的。另外在实际运行中发现，蓝宝石切割装置的负载是一个不断变化的量，因此若采用传统的等转矩方法驱动步进电机，为保证步进电机不发生堵转，就需要给步进电机拥有相对较高的动态转矩，然而运行在低负载状态时却容易因能量过高造成系统振荡或使步进电机发生过冲现象，出现蓝宝石切割装置定位不准，晶片表面粗糙度较高的缺陷。
　　 本文针对以上问题，在参考大量国内外研究文献的基础上，提出了新的基于蓝宝石时变负载切割的控制策略。该方法采用基于FPGA控制的PWM波形细分驱动技术，可根据离线建立的负载变化模型，在蓝宝石切割过程中，能够不断预测负载变化，从而在可达128细分的前提下及时调整步进电机转矩，该方法不仅节省了能量，同时也提高了系统运行的平稳性、抗干扰能力等多种性能。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外蓝宝石切割技术研究的现状及发展趋势

1.3 论文主要的研究内容

第2章 蓝宝石切割装置控制系统理论的研究

2.1 计算机控制系统概述

2.1.1 计算机控制系统的基本原理及组成

2.1.2 计算机控制系统的一般设计步骤

2.2 蓝宝石精密切割装置控制系统总体设计方案

2.2.1 系统总体设计方案

2.2.2 被控对象的控制方法及控制规律研究

2.3 本章小结

第3章 转矩随负载动态可调的切割给进系统

3.1 引言

3.2 步进电机概述

3.2.1 两相混合式步进电机的工作原理

3.2.2 两相混合式步进电机的数学模型

3.3 步进电机细分驱动原理

3.3.1 步进电机驱动系统概述

3.3.2 步进电机细分驱动实现原理

3.4 步进电机转矩对时变负载的自适应调节方法

3.4.1 蓝宝石切割装置给进系统的性能要求

3.4.2 步进电机转矩负载的计算方法

3.4.3 转矩随切割负载的变化自动调节

3.4.4 最小二乘法对转矩控制相关曲线的拟合

3.5 基于FPGA的细分驱动模块设计

3.5.1 FPGA与计算机的接口电路设计设计

3.5.2 基于Verilog HDL的FPGA硬件描述语言编写

3.5.3 转矩随可变负载自适应变化的实现方案

3.5.4 ROM波形表的定制方法

3.6 本章小结

第4章 蓝宝石切割装置控制系统软件设计

4.1 蓝宝石切割装置控制系统软件设计原理

4.1.1 软件设计流程与实现方案

4.1.2 步进电机转矩对时变负载的自适应控制方案设计

4.2 基于VB6.0的系统软件具体模块设计

4.2.1 基于VB6.0的串口开关量检测与输出

4.2.2 基于VB6.0的并口输出控制

4.2.3 步进电机高频率脉冲输出方法

4.2.4 DoEvents函数与闲置循环

4.3 基于VB6.0创建的人机交互界面

4.4 本章小结

第5章 蓝宝石切割装置控制系统实验分析

5.1 步距误差测量与分析

5.2 振动的测量与分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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