数控裁剪机智能化运动控制系统的研究

摘要

在激烈的市场竞争与客户需求越来越个性化趋势下，使服装、制鞋、皮包等企业在生产技术方面不断地面临新的挑战。裁剪设备作为加工服装、皮鞋、皮包等的重要工具，其性能好坏决定了产品质量的高低和生产成本的大小。目前国内中小型企业主要还停留在手动裁剪和冲裁的落后状态，而进口裁剪系统价格高昂又限制了中小企业的技术改造。因此，研制适应于中小企业的、具有自主知识产权的多层布料/革料数控裁剪机对于提高企业市场竞争力和生产能力具有重要意义。
　　 通过分析国内外数控裁剪机的研究现状，指出目前裁剪系统存在不足，并对相应优化技术的研究现状进行了论述，最后给出了本文研究的主要内容。在数控裁剪工作原理的基础上，针对系统的控制对象与控制功能，提出了基于PC平台的数控裁剪系统总体方案设计，并引出了高性能裁剪机所需解决的问题。
　　 针对裁剪路径优化问题，需考虑轮廓的切割顺序以及各轮廓下刀点位置，因此将走刀路径归结为广义旅行商问题。在遗传算法优化TSP问题的基础上，提出了改进的自适应遗传算法与动态规划相结合的两级组合优化方法，并对该算法优化性能进行了分析。
　　 针对人工选择进给速度存在的问题，指出了合理选择进给速度的重要性和复杂性。通过对其相关参数的分析，在离线速度优化方法的基础上，提出了裁剪进给速度的模糊优化控制方法，并对速度优化系统进行了详细设计。最后与实际加工数据相对比，验证了速度模糊优化的性能。
　　 最后，在本论文提出的控制系统设计方案基础上，开发了基于PC+GT运动控制卡的数控裁剪机运动控制系统。并在该平台下，对所提出的路径优化方法和进给速度优化方法在裁剪机系统上进行实际应用。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 裁剪机的研究现状

1.2.2 路径优化技术的研究现状

1.2.3 速度优化技术的研究现状

1.3 本文的课题来源及主要研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 论文体系及主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 基于PC平台的数控裁剪系统的总体方案设计

2.1 数控裁剪机的机械结构及工作原理

2.2 裁剪系统的控制方案及性能指标

2.2.1 系统平台的确定

2.2.2 进给系统方案确定

2.2.3 裁剪系统的性能指标

2.3 裁剪系统的硬软件方案设计

2.3.1 裁剪系统的硬件设计

2.3.2 裁剪系统的软件设计

2.4 高性能裁剪加工面临的问题

2.5 裁剪系统的优化方案

2.5.1 裁剪路径优化

2.5.2 进给速度优化

2.6 本章小结

第3章 数控裁剪系统的路径优化方法研究

3.1 路径问题的描述

3.2 路径优化的数学模型建立

3.3 GTSP遗传算法求解

3.3.1 GTSP转化为TSP

3.3.2 TSP遗传算法求解

3.4 裁剪路径的优化算法

3.4.1 初始种群规模的选取

3.4.2 裁刀下刀点的优化

3.4.3 改进的自适应机制

3.4.4 算法的实现

3.5 算法性能分析

3.6 本章小结

第4章 数控裁剪系统的进给速度优化方法研究

4.1 进给速度问题的描述

4.2 进给速度影响因素分析

4.3 模糊速度优化方法提出

4.3.1 模糊控制原理

4.3.2 速度优化模型的建立

4.4 进给速度的智能优化系统的设计

4.4.1 模糊化及清晰化

4.4.2 模糊规则的确定

4.4.3 推理实现

4.5 速度选择效果的分析

4.6 本章小结

第5章 数控裁剪机智能化控制系统的实现

5.1 数控裁剪机实验平台

5.2 读取模块的实现

5.2.1 PLT格式分析

5.2.2 PLT接口设计

5.2.3 PLT文件的读取

5.3 路径优化算法的应用

5.4 速度模糊优化的应用

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果

附录