基于ARM的电子压力机专用控制器研究

摘要

随着技术的更新换代，传统压力机已经无法满足汽车零部件、电子、家电等行业中轴类、销钉等装配对于压力位移控制高精度的需求，电子压力机以其全闭环精确控制及在线监测评估等能提高产品合格率的优势成为渐受青睐的研究方向。
　　纵观国内外，电子压力机控制方式大致分为：PLC+通用伺服系统+电缸模式，控制、检测、伺服驱动一体化专用控制器模式，PC机+运动控制卡+伺服系统模式。无论是国外采用一体化专用控制器还是国内采用PLC+伺服系统的控制方案，都存在各自的缺点，且两者对压装结果的判定都是通过对几个特定位置的压力进行监测来实现的，而仅靠几个特定位置的压力有时无法准确全面反映压装过程中压力的变化，极易导致不合格产品流入市场。国外产品通常都提供价格昂贵的专用力/位移监测系统，国内产品则提供基于PC机的压力—位移监控软件，但这无疑都大幅度增加了企业成本。
　　本文提出一种专用控制器+伺服的模式，研究开发了一款基于嵌入式技术的电子压力机专用控制器，采用核心板+扩展板的模式进行研究设计。
　　首先，在分析电子压力机及其控制系统国内外现状及发展趋势的基础上，提出一种基于嵌入式技术的电子压力机专用控制器，在分析电子压力机的工作原理及其功能需求之后，对比现有的几种常用控制方案，完成对专用控制器软硬件总体方案的设计。
　　其次，对专用控制器硬件进行详细研究设计，本文采用核心板+扩展板的模式，所以硬件设计包括核心板ARM及扩展板中FPGA的选型及其周围电路设计，核心板与扩展板之间的通信实现以及扩展板中伺服接口电路、PWM信号的产生及放大电路、位移数据采集电路、I/O开关量电路等的研究设计。
　　然后，对电子压力机控制系统进行数学建模，并对电子压力机运动机构进行MATLAB/Simulink仿真模型的建立和PID控制及模糊神经网络PID控制的对比仿真，得到最终的仿真结果证明模糊神经网络PID明显优于PID控制。
　　最后，对软件系统的运行环境进行选择和构建，完成了Linux操作系统的移植、内核和根文件的定制等，并完成设备驱动程序及包括电机控制、通信和人机交互等应用程序的设计，最后对本文中电子压力机的保压问题进行分析研究。
　　本文研究设计的电子压力机专用控制器不仅能实现压力、位移的准确控制，还能够实现压装过程的实时监控和压力—位移的实时采集与曲线显示，且成本低廉，对国内外电子压力机的控制方法的研究发展作出了一定贡献。