激光切割机高度调节系统的设计

摘要

激光切割是热切割技术发展的热点之一，作为一种新兴的热切割方式，它具有高效率、高精度、低噪音、污染小等特点。高度调节系统是激光切割机的一个极其重要的组成部分，它直接关系到激光焦点在加工材料上位置的一致性和准确性，进而决定了工件切割质量的好坏。所以设计一种激光切割机高度调节系统具有重要的意义。本文设计一种以DSP作为主控芯片的激光切割机高度调节系统。
　　首先介绍了研究背景和意义，分析激光切割机高度调节系统的研究现状和发展趋势。论述了激光切割机高度调节系统的需求，完成了系统总体框架的设计。比较多种检测手段的优缺点，根据该调节系统的特点，最终选择电容式位移传感器作为高度检测的传感器。结合变论域思想和模糊控制理论，对切割头所在机械臂的高度进行闭环控制，设计了激光切割机高度调节系统变论域模糊控制器。
　　对电容式位移传感器进行了工作原理和电气特性分析，通过建模推导电容值与距离的关系曲线，理论计算出电容的变化情况，为电容检测电路提供理论支持。设计以CAV424为核心的电容检测电路，并将CAV424转换后所得的模拟电压信号作为检测模块DSP的输入。同时，设计了分段最小二乘法非线性化校正程序。检测模块DSP对模拟电压信号进行模数转换和数字滤波，并利用非线性化校正程序进行曲线拟合，最终得到高精度的距离测量值。
　　完成了以DSP作为核心的控制模块的硬件和软件设计，通过软硬件模块的配合实现激光切割机调节系统的各个功能。结合变论域思想和模糊控制算法，设计变论域模糊控制器。对该控制器进行仿真研究，并通过软件实现。
　　最后搭建了激光切割机高度调节系统的试验平台，对系统进行了实验测试，并通过对比，发现实验结果与预期相符，满足各项性能指标。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状和发展趋势

1.3论文研究内容与章节安排

第2章 系统的总体方案设计

2.1需求分析与总体框架

2.2 高度检测方案

2.3 高度控制系统方案

2.4本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1电容传感器特性分析

3.2高度检测模块硬件设计

3.3高度控制模块硬件设计

3.4 本章小结

第4章 系统软件设计

4.1高度检测模块软件设计

4.2高度控制模块软件设计

4.3本章小结

第5章 实验结果及分析

5.1激光切割机高度调节系统实验平台

5.2实验结果

5.3本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献