基于神经网络的水晶研磨机数控系统的设计与实现

摘要

水晶作为一种伴随着人民生活水平提高而需求量大增的物品，对现代水晶加工行业也提出了新的要求。现有的水晶研磨机数控系统或多或少都存在一些问题，这些问题导致机器的效率没法进一步提高，水晶成品的质量也存在着一些不稳定的地方。同时随着现有的一些技术的发展，传统的水晶研磨机数控系统也需要进一步的改进。
　　本文首先分析了水晶加工技术的国内外现状和未来的发展趋势，并详细介绍了水晶研磨机数控系统的总体设计思路和水晶研磨的原理，使用 STM32F103ZET6微处理器作为控制核心，连接各个功能模块实现对研磨机的控制，详细描述了数控系统的硬件设计和软件设计。针对水晶在研磨过程中由于磨盘的损耗导致研磨出现不稳定的情况，使用神经网络建立模型优化对水晶研磨的控制。
　　本文分析了在水晶研磨过程中的受力情况，并讨论几个影响水晶成品质量的因素，针对磨盘因为作业而磨损导致水晶表面研磨不稳定的问题，提出使用神经网络优化研磨时间以改善研磨状况，降低工人操作的要求。接着介绍了神经网络的发展和应用广泛的 BP神经网络的原理，并讨论了几种 BP算法的改进。在对研磨过程中的几个关键参数进行分析之后建立BP神经网络模型，采集水晶研磨机的磨盘电机转矩、接触面压力、打磨次数作为神经网络的输入，研磨时间作为输出建立单隐含层的 BP神经网络，在对数据进行误差剔除和归一化处理之后对网络进行训练，使用MATLAB训练后的模型能够很好地拟合目标值。
　　数控系统的各个模块之间有非常多的总线连接，工作的现场环境非常复杂，传统的数字键盘输入的方式不是很便利，本文使用 Wi-Fi网络，通过上位机进行参数设置和数据传输，增加了设备操作的便利性，并对设备的各个模块进行了测试。
　　本文在设计水晶研磨机数控系统的同时运用神经网络优化研磨过程，智能控制水晶的研磨时间，优化后的系统在实际工作中运行稳定，结果表明工作取得了一定的成果，为后续系统的进一步改善打下了基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 水晶加工行业的现状和发展趋势

1.3 系统整体架构和水晶加工原理

1.4 主要研究内容

1.5 论文结构安排

第2章 数控系统的硬件设计

2.1 微处理器的选择

2.2 系统模块设计

2.3 WI-FI模块设计

2.4 本章小结

第3章 数控系统的软件设计

3.1 系统总体软件架构

3.2 数据存储模块设计

3.3 通信接口部分设计

3.4 电机控制设计

3.5 键盘和LCD软件设计

3.6 Wi-Fi模块软件设计

3.7 本章小结

第4章 神经网络及其在水晶研磨机中的应用

4.1 水晶研磨过程中的问题

4.2 神经网络介绍

4.3 BP神经网络

4.4 水晶研磨时间分析及建模

4.5 数据预处理和分析

4.6 BP神经网络训练和结果

4.7 本章小结

第5章 系统调试

5.1 Wi-Fi模块测试

5.2 总体调试及结果

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录