基于嵌入式系统的卧式轴辊电镀机控制器的设计与研究

摘要

随着现代工业和技术的发展，电镀的应用日益广泛，与人们的日常生活密切相关。现代市场竞争也日趋激烈，生产企业迫切需要提高电镀生产效率和产品质量。因此，研究在电镀生产过程中具备自动监测和自动控制技术的电镀机控制器有重要的应用价值。
　　针对圆柱形镀件，本文提出一种基于嵌入式系统的卧式轴辊电镀机控制器的设计方案。所设计的电镀机控制器主要分四大模块：工件转速控制模块、镀液温度控制模块、阳极网的位置控制模块、以及镀液液位控制模块。整个控制器系统选用ARM芯片作为主控制器，结合电镀工艺参数的影响，着重阐述了电镀过程的运动模块和镀液温度控制模块。在工件转速控制模块中，采用电流、转速双闭环直流调速方式，并设计了适合本系统的电流、转速调节器；在镀液温度控制模块中，采用模糊-PID智能控温法。并以冷却装置为例，在MATLAB中的Smulink搭建仿真模型，对传统PID温度控制和模糊-PID温度控制的控制效果进行了比较和分析。
　　系统的软件部分采用可移植的适合多任务调度的操作系统μC/OS-Ⅱ，同时对相应的控制模块进行了简单的软件设计。

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第一章 绪论

1.1 电镀工业的发展简史

1.2 电镀工艺参数与电镀技术的发展趋势

1.2.1 电镀工艺参数的影响

1.2.2 电镀技术的发展趋势

1.3 系统总体框架与课题主要任务

1.3.1 系统的总体框架

1.3.2 本课题的主要任务

第二章 工件速度控制模块

2.1 工件速度控制模块的设计

2.1.1 功率变换器与驱动电路

2.1.2 速度检测

2.1.3 电流检测

2.2 调速方案的设计

2.2.1 直流电机的选型

2.2.2 他励直流电机

2.2.3 直流调速方式的选择

2.3 双闭环直流调速系统的介绍及其工作特性分析

2.3.1 转速电流双闭环调速系统的组成

2.3.2 双闭环调速系统的工作特性分析

2.3.3 本模块中电流调节器和转速调节器的设计

2.3.4 本模块双闭环调速性能的分析

2.4 本章小结

第三章 镀液温度控制模块

3.1 镀液温度控制模块的设计

3.1.1 镀液温度控制模块的组成框图

3.1.2 温度检测部分

3.1.3 电阻丝的功率调节方式

3.1.4 可控硅过零触发输出电路

3.2 温度控制模块的设计要求

3.2.1 本模块的设计特点

3.2.2 母、子槽分开控制的意义

3.3 温度控制方案的确立

3.3.1 温度控制的分类

3.3.2 模糊控制的原理

3.3.3 模糊控制器的组成

3.3.4 PID控制器

3.3.5 模糊-PID控制温度控制器

3.3.6 模糊-PID控制器Kp、Ki、Kd三个参数的在线整定规则表

3.4 本模块控制策略的选定及仿真搭建

3.4.1 以冷却装置为例搭建仿真模型

3.4.2 仿真模型的搭建及结果分析

3.5 本章小结

第四章 电镀控制系统的整体控制框架

4.1 主控制器LPC2210介绍

4.1.1 LPC2210的特点及内部结构

4.1.2 LPC2210的最小系统

4.1.3 脉宽调制器(PWM)介绍

4.2 阳极网的位置控制模块

4.2.1 步进电机的介绍

4.2.2 阳极网的位置控制

4.3 镀液液位控制模块

4.3.1 液位控制

4.3.2 电子式液位开关

4.4 本章小结

第五章 系统软件部分

5.1 嵌入式系统简介

5.2 ARM微处理器面向工业应用的优势

5.3 μC/OS-Ⅱ的简介与移植

5.3.1 μC/OS-Ⅱ的简介

5.3.2 μc/OS-Ⅱ的多任务调度

5.3.3 μC/OS-Ⅱ的移植

5.4 系统中各个模块控制任务的软件流程图部分

5.4.1 PWM单边沿控制输出程序设置

5.4.2 工件速度控制模块软件部分

5.4.3 温度控制模块软件部分

5.4.4 两阳极网的位置控制模块软件部分

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表论文