基于PMAC的慢走丝线切割机床数控系统的研究

摘要

电火花线切割加工是特种加工技术一个重要的研究方向，主要解决各种难加工材料和复杂形状零件加工的问题。开发慢走丝线切割控制系统主要有两个技术难点，一是脉冲电源，二是运动控制系统。其中，运动控制系统的研究与开发，对提高慢走丝线切割机的性能有很大作用，其运动控制系统的好坏直接影响到线切割的精确性和稳定性。本文综述了国内外慢走丝线切割机床的发展现状，从生产企业的角度，进行了需求分析，研发了四轴联动慢走丝线切割运动控制系统。本文的研究工作主要有以下三方面的内容。 1．结合慢走丝线切割机床的特点，确定了以IPC机为基础，以PMAC运动控制卡为核心的上下位机结构的硬件平台。其中IPC作为上位机完成控制系统的非实时任务，采用开放式运动控制器PMAC作为下位机完成实时的控制任务。分析了PMAC卡的内部结构、外部接口、伺服控制性能及使用方法。研究了运动控制器、伺服单元以及编码器的接口技术，实现了慢走丝线切割机的控制功能。 2．在慢走丝线切割机床数控系统的软件开发中采用面向对象的程序设计语言 Visual C++和模块化的编程方法，建立了便于用户操作的友好的人机交互接口界面。实现了伺服驱动系统的实时控制，程序译码解释、插补计算、系统管理、PLC程序的调用、状态数据的采集和显示以及用户参数的输入等功能。 3．详细研究了PID控制算法，将PID控制算法用于伺服进给系统的控制，保证系统的可靠运行，并对系统动态性能和闭环运行的稳定性进行了分析和调试。 基于PMAC的开放式数控系统不仅大大地简化了数控系统的开发周期，实现了资源的合理配置，而且系统开发者和机床用户今后还可以根据需求实时增减功能模块，将自己特殊的加工工艺、管理经验和操作技能纳入控制系统形成自己的产品特色。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章概述

1.1数控技术的发展及研究现状

1.1.1数控系统简介

1.1.2数控技术的发展过程

1.1.3数控系统的研究现状

1.2开放型数控系统

1.2.1开放型数控系统的内涵

1.2.2开放型数控系统的研究动态

1.2.3开放型数控系统的主要结构形式

1.3课题研究的背景及研究的意义

1.3.1慢走丝线切割机床的特点

1.3.2慢走丝线切割机床的发展趋势

1.3.3开发数控慢走丝线切割机床的必要性

1.4本课题研究的主要内容和基本思路

1.4.1本课题研究的任务

1.4.2本课题研究的基本思路和实现方法

1.4.3作者在课题研究中承担的工作

第2章慢走丝线切割机床数控系统的硬件结构设计

2.1慢走丝线切割机床总体结构、工作原理

2.2慢走丝线切割机床数控系统的硬件结构

2.2.1工业PC机

2.2.2多轴运动控制卡

2.2.3伺服驱动器及伺服电机

2.3PMAC运动控制卡

2.3.1 PMAC性能介绍

2.3.2 PMAC硬件介绍

2.3.3 PMAC软件介绍

2.4 PMAC 2A-PC104及其附件的接口技术

2.4.1 PMAC2A-PC 104基板的接口技术

2.4.2 ACC-1P接口技术

2.4.3 ACC-2P接口技术

2.5 PMAC 2A-PC 104的跳线设置

2.5.1卡号跳线设置

2.5.2 CPU以及PC总线跳线设置

2.5.3编码器跳线

2.5.4重新初始化/基板复位跳线

2.5.5通讯配置的跳线设置

2.5.6时钟配置跳线设置

2.5.7其它跳线设置

2.6伺服运动进给系统的分析和控制方式

2.6.1伺服系统的组成

2.6.2电机控制模式的确定

2.6.3 PMAC2A-PC 104与伺服单元的连接

2.6.4主电源回路保护的设计

第3章慢走丝线切割机床数控系统的软件结构设计

3.1慢走丝线切割机床的软件开发环境和总体结构

3.1.1运动控制系统软件的功能需求

3.1.2数控系统软件开发环境

3.1.3数控系统软件结构

3.2慢走丝线切割机床数控系统各软件功能模块的实现

3.2.1实时控制功能模块的实现

3.2.2通讯功能模块的实现

3.2.3人机交互功能模块的实现

3.3 PMAC运动程序简介

3.3.1坐标系和轴的运动单元

3.3.2运动程序的基本框架

3.3.3运动程序的语法

3.3.4运动程序的编写、执行和保存

第4章系统P1D参数的整定

4.1 PID控制概述

4.1.1 PID控制

4.1.2前馈-反馈控制

4.1.3 PMAC控制卡PID调节原理

4.2 PID的参数的自动调整

4.2.1 PMAC卡PID自动调整步骤

4.3 PID的参数的手动调整

4.3.1利用阶跃信号来调整伺服环

4.3.2用抛物线信号来调整前馈增益

4.3.3系统的PID调节试验

4.4 PID参数的自适应调整

4.4.1自适应控制系统的原理

4.4.2自适应控制部分的PLC程序编制

第5章总结及展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢