压电陶瓷型电子提花机嵌入式控制系统

摘要

压电陶瓷选针执行器是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生的挠度位移和弯矩，把电能转化成机械能来控制选针。压电陶瓷材料主要靠电场电压工作，绝缘性很好，对冲击电流的抗干扰性很强。本文着重探讨了将压电陶瓷材料作为提花机关键选针元件(电信号转换机械量部件)应用到电子提花领域，对其特性进行理论分析和实验研究，并开发一套适合压电陶瓷选针执行机构的控制系统，最后进行了调试。 传统的电子提花机的执行元件采用电磁阀，其功耗大且受电磁干扰严重，本文根据压电陶瓷执行器的特点确定了压电陶瓷双晶片作为电子提花的选针执行元件。提出了利用有限元分析方法对压电陶瓷双晶片的性能进行理论分析的方法，并在实验研究的基础上选择了应用于本课题的压电双晶片的尺寸及相关参数。 传统的电磁铁选针阀属于感性负载，而压电陶瓷属于容性负载，有其独特的电学特性，二者的供电电源和驱动电路将有很大的区别。本文针对压电陶瓷选针执行器的特性进行了驱动电源的分析，确定了使用基于直流变换原理的开关式驱动电源。设计了能够使选针片处于三种状态的“三态驱动电路”。 将双处理器方案引入到电子提花机控制系统中，采用模块化的设计方法完成系统平台的搭建，使其具有良好的通用性。在嵌入式Linux操作系统下利用MiniGUI图形用户接口实现了简单的图形显示。并在2688针的提花机上做了系统测试，基本达到设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 电子提花机概述

1.2 国内外研究现状

1.2.1 电子提花机研究现状

1.2.2 嵌入式系统发展现状

1.3 提花机选针元件及其问题分析

1.4 本文研究内容及研究意义

第二章 压电陶瓷选针元件应用分析

2.1 压电陶瓷概述

2.1.1 压电效应与压电方程

2.1.2 压电陶瓷执行器的结构

2.2 压电双晶片选针执行器模型的结构与原理

2.2.1 压电双晶片的支撑形式

2.2.2 电气连接型式

2.2.3 选针执行器模型的结构

2.3 压电双晶片型选针执行器的形变分析

2.3.1 利用ANSYS软件进行分析求解

2.3.2 压电片和弹性梁的厚度对双晶片执行器驱动效果的影响

2.3.3 外加电压和压电陶瓷的参数对双晶片执行器驱动效果的影响

2.3.4 实验测量及验证

2.4 压电双晶片型选针执行器的驱动力实验及分析

第三章 压电陶瓷选针器驱动电源分析及驱动电路设计

3.1 压电陶瓷驱动电源种类

3.1.1 电压控制型驱动电源

3.1.2 电荷控制型驱动电源

3.2 选针器驱动电源的选择研究

3.2.1 选针执行器驱动电源的特性

3.2.2 动态方案

3.2.3 静态方案

3.3 驱动电路的设计

第四章 嵌入式电子提花机控制系统平台的构建

4.1 压电陶瓷电子提花机控制系统的功能需求分析

4.2 基于双处理器的电子提花机控制系统的方案

4.2.1 设计思想

4.2.2 控制方案的选择

4.3 主控板硬件平台设计

4.3.1 电源电路

4.3.2 外部存储器扩展电路

4.3.3 CAN通信单元设计

4.3.4 十六色选纬模块电路设计

4.3.5 信号输入输出接口电路设计

4.3.6 花型数据差分输出接口电路

4.3.7 其他功能设计

4.4 主控板系统主要应用程序设计

4.4.1 提花织造子函数的设计

4.4.2 CAN底层子函数的设计

4.5 设计中需要注意的事项

4.6 主控板功能测试

第五章 电子提花机人机界面板系统实现

5.1 界面板系统架构选择

5.2 界面板硬件系统结构

5.2.1 硬件功能概述

5.2.2 显示与输入设备

5.3 嵌入式Linux软件开发

5.3.1 ARM+Linux的嵌入式开发模式

5.3.2 开发平台软件设计过程概述

5.3.3 触摸屏驱动与校准

5.4 应用界面功能模块设计

5.4.1 GUI软件系统总体设计和方案选择

5.4.2 控制系统用户界面显示模块的开发

第六章 全文总结与展望

6.1 主要研究工作

6.2 后续研究工作及展望

参考文献

附录

致 谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文