數控系統在工礦領域已得到廣泛應用，計算機數控系統通過對數字化信息的處理和運算，并轉化成脈沖信號，實現對步進電機的控制，進而控制數控機床動作和零件加工。隨著嵌入式技術的發展，我們可以設計規模更小，成本更低，功能更特定的嵌入式系統來完成傳統計算機數控系統所完成的工作。 步進電機以其精度高、控制靈活、定位準確、起停迅速、工作可靠、能直接接受數字信號的特點，成為數控系統中的重要執行部件。然而根據步進電機的特性，必須要采取適當而有效的升降速控制策略，特別是在多電機連動的系統中，對多個電機連動的速度控制和脈沖分配也很值得研究。在本文中作者將介紹一種三軸連動的速度控制和脈沖分配的優化算法，以及其在基于FPGA和ARM配合的高速數控雕刻機控制系統中的實現。 在本文中還可以看見，為了減小本系統中主控MCU的壓力，作者還將利用FPGA來設計一個針對多電機連動的速度控制和脈沖分配優化算法的外圍定制控制器。 最終實驗結果表明，作者所提出的優化算法及其在本系統的實現方案，完全達到客戶所提出的高速數控雕刻機控制系統的各項設計性能指標。
上傳時間： 2013-07-02
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刀具狀態的精確監測是保證金屬切削加工過程順利進行的關鍵，因此研制準確、可靠且成本低廉的刀具狀態監測系統一直是研究人員所追求的目標。在眾多刀具狀態監測方法中，聲發射監測技術，以其信號直接來源于切削區，具有靈敏度高、響應快，能有效避開低頻干擾等優點，非常適用于刀具狀態監測。 圍繞如何獲取高信噪比的刀具狀態信號特征，擬結合嵌入式技術，構建準確、穩定、低成本的實時刀具狀態監測與辨識系統。給出了基于ARM& WinCE平臺的刀具狀態監測系統數據處理平臺軟硬件初步解決方案。作為課題的前期研究本文主要進行了以下工作： （1）分析了聲發射信號與刀具磨損狀態的相關性，驗證了利用聲發射信號進行刀具狀態監測的可行性； （2）確定刀具狀態監測系統的整體方案，包括系統整體架構、軟硬件設計方案。ARM& WinCE構成本系統的數據處理與顯示平臺，EVC為圖形界面應用程序開發工具； （3）構建了數據處理與顯示平臺。選用MagicARM2410實驗開發平臺，簡化了硬件設計；根據系統的功能需求，進行ARM平臺的接口設計、操作系統和必要的驅動程序的剪裁及移植； （4）完成了數據處理與顯示應用軟件設計。系統軟件包括界面模塊、數據管理模塊、數據處理模塊、圖形及結果顯示模塊、參數設置模塊等，其中數據處理模塊主要包括小波消噪、小波包分解特征提取等算法； （5）實現了ARM& WinCE平臺與PC機的實時可靠通訊。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機屬于軸向磁場電機，目前，該類電機在國外已經得到了迅速發展，作為一種現代高性能伺服電機和大力矩直接驅動電機己廣泛應用于機器人等機電一體化產品中。由于該類電機具有重量輕、體積小、結構緊湊、轉子無損耗、轉子的轉動慣量小、機電時間常數小、轉矩/重量比大、低速運行平穩、可以制成多氣隙組合式結構進一步提高轉矩等特點，其在數控機床、機器人、電動車、電梯、家用電器等場合具有廣闊的應用前景，是一種理想的驅動裝置。 本課題作為國家863計劃項目《新型稀土永磁電機設計及集成技術》2002AA324020中的一部分，該項目的主要工作是進行新型結構釹鐵硼永磁電機——盤式無鐵心永磁同步電動機的設計與集成技術研究，開發出一種新型釹鐵硼永磁電機，解決相應的整機設計和集成技術問題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機是在盤式永磁同步電動機的基礎上，將無鐵心結構和Halbach型永磁體陣列應用到其中，從而使得電機的質量大為減輕，功率密度提高，振動噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機其磁路結構和電磁負荷分布與傳統電機完全不同，常規電機的某些設計規則不能直接應用到該結構電機的設計當中，本文主要針對這種結構的電機進行了分析與計算。分析了不同結構Halbach陣列下的氣隙磁場，以及相關參數的計算，給出了初步的樣機設計數據，并對樣機的加工工藝進行了探討，在總結、借鑒相關電機設計方法的基礎上，針對盤式無鐵心永磁同步電動機自身的特點，編制了一套電磁計算程序，該程序還有待通過大量樣機的試驗，來總結和完善。 我國稀土資源豐富，然而，由于技術經濟上的問題，國產永磁交流伺服電動機至今未能大量應用。與此同時，高性能的永磁交流伺服電動機及系統大量依靠進口，我國每年進口的工程裝備當中，僅數控機床因國產電機和系統不能滿足要求而每年需要進口的就達22億美元以上。本項目的完成將改變這類產品主要依靠進口的局面，充分發揮我國稀土資源豐富的優勢，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
上傳時間： 2013-04-24
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玻璃是一種重要的建筑和裝飾材料,被廣泛應用于樓房搭建、汽車生產、家具制造等各個領域,而玻璃切割是形成玻璃成品的一個重要工序.目前,國產的切割系統在精度、速度、可靠性方面與國外同類產品相比都還要有一定的差距,因此國內玻璃切割廠家的切割設備大多依賴于進口.同時,隨著以計算機技術為代表的信息技術的發展,計算機集成制造(CIM)被逐漸應用于制造行業,企業的生產模式從生產過程的單一自動化到產品設計、加工制造、經營管理等全過程的綜合自動化.參考國外切割系統的一些先進技術并遵循CIM中信息自動化的基本思想,該文針對開發一套基于PC管理和CNC控制的自動玻璃切割系統展開論述.論文首先簡述了數控技術的發展趨勢和CIM的思想,在此基礎上分析了系統的上位機管理軟件的功能以及下位機硬件配置,并形成系統總體框架.接著就軟件實現的幾個主要部分——系統數據庫管理、任意形狀產品圖形信息的導入、產品排樣優化以及上位機與下位機通信接口的實現分別作了詳細的論述.而對下位機部分則主要介紹其電控系統設備的組成、強弱電控制系統的設計、控制過程中數據的相互傳遞等,并就系統運行時PC機、CNC及PLC三者如何相互配合實現回原點動作、手動操作、自動切割等關鍵過程作了完整的解釋.同時,該文就玻璃切割系統的核心技術——型材的優化問題作了專門的研究,分別提出了一種基于直觀啟發式思維的實用算法和基于降維數學模型的近似算法,并對幾種典型的現代化算法在本優化問題中的應用前景作了簡要介紹.最后,該文簡要介紹了系統調試過程,以及投入運行的主要操作界面及操作流程,并提出了一些針對系統改進和擴展的建議和方案.
上傳時間： 2013-06-17
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音圈電機(VoiceCoilMotor，簡稱VCM)是特種直線電機，其工作原理與揚聲器的音圈類似。其最突出的特點是體積小、重量輕，動作速度快，可以達到很高的定位精度，推力均勻。自從問世以來，廣泛的應用在計算機存儲設備、航天儀器(例如航天制冷機)、精密測距儀器(例如霍爾位移測量裝置)、精密車床以及移動電話中。目前，生產出的VCM電機廣泛應用于消費類和生產類市場，特別是高檔家用電器和計算機中。 針對目前我國VCM結構設計的不足及工藝的落后，本文結合現有的加工工藝，研究永磁VCM的設計及結構優化，具體內容如下： 首先，介紹VCM工作原理，以及內磁式與外磁式、長音圈與短音圈、動圈式與動鐵式、直線式與搖臂式等不同結構VCM及相應特點，闡述了力矩常數的意義及其對電機性能的影響，并詳細介紹了VCM在光盤驅動器、硬盤驅動器，以及在電刷試驗臺(提供靜壓力)中的典型應用。 其次，從電機電磁場的基本理論出發，介紹有限元及其在電磁場仿真計算中的應用，并采用有限元軟件ANSYS，結合實際算例，對VCM進行建模和仿真。 再次，文中詳細介紹了永磁VCM的設計過程，提出了設計方法以供參考，其中包含了定量計算，包括了永磁體材料的選擇、體積的計算，音圈的設計(匝數計算及選型)，以及電機整體的機械結構設計。 最后，結合設計VCM應當遵循的原則，提出了若干結構優化設計方案。在理論推導和分析的基礎上，結合仿真軟件ANSYS，對幾種結構分別進行了電機電磁場以及電機性能的仿真分析，其中包括：采用釹鐵硼永磁的單勵磁結構VCM與傳統鐵氧體VCM的性能差異；增加極靴對VCM性能影響；增加短路環及變換結構對VCM動態響應速度的影響等。
上傳時間： 2013-06-10
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盤式永磁同步電動機是一種性能優越、但結構特殊的電動機。作為一種理想的驅動裝置，其應用范圍遍及航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力，提出了一種省卻了鐵心的雙轉子、單定子結構盤式無鐵心永磁同步電機，進一步減輕了電機的質量并消除轉矩脈動。 對電機的設計、性能預測都離不開電機電磁場的計算。不同于傳統的圓柱式徑向磁通電機，盤式無鐵心電機是軸向磁通電機，外加其無鐵心的結構，決定了該電機的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析，不能采用對待徑向磁通電機的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內容分為兩部分：(1)在盤式無鐵心永磁同步電機的結構上，建立其磁場三維模型，由三維有限元法計算三維電磁場，分析計算結果，并總結出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布規律。 (2)在磁場計算的基礎上，將Halbach型永磁體陣列的理論應用到磁鋼設計中來，提出磁鋼結構優化方案，研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機的磁鋼結構，以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手，通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機的電磁場，分析計算結果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布，本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結構、不等厚軸向充磁磁鋼結構并將Halbach陣列的理論應用到盤式無鐵心永磁同步電機的磁剛結構優化中，討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝，將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結合，提出了最經濟、有效的改進型Halbach永磁體陣列，給出具體磁鋼尺寸，并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結構產生的磁場進行結果仿真。
上傳時間： 2013-06-23
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數控沖床送料系統主要用于與沖床實現配套，在沖孔過程中按照程序設定控制板料移動和沖床沖孔，實現沖孔的高度自動化。自動送料機構作為沖壓加工生產實現自動化的最基本的要求，它的自動化程度高低，直接影響著沖壓生產效率以及沖壓生產整體自動化水平，只有其自動化程度與沖壓設備相匹配甚至高于沖壓設備，才能夠實現沖壓生產的完全自動化。 嵌入式系統是繼IT網絡技術之后，又一個新的發展方向，由于嵌入式系統自身的優點，現在已經廣泛應用到軍事國防、消費電子、工業控制等各個領域。隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術的不斷提高和發展，自動送料裝置也在隨著數控機床的發展而在迅速發展和演變。而隨著嵌入式微處理器的發展，嵌入式系統也開始運用到數控沖床自動送料系統中來。 本文采用目前廣泛使用的32位ARM微處理器，Samsung公司基于ARM920T的S3C2440A作為系統的主控制器，該處理器主要面向嵌入式設備，具有性價比高、功耗低的特點，并且在嵌入式Linux操作系統下可移植性好，具有較強的控制能力和豐富的片內資源。該系統能實現數控沖床的自動送料，軟硬件結構簡單，定位精度高，操作簡單方便，具有良好的人機界面。論文首先根據生產實際要求和控制系統設計原則，確定了送料系統的軟硬件總體設計方案。硬件方面，在S3C2440A的基礎上擴展了NANDFlash、NORFlash、SDRAM、LCD觸摸屏模塊，并設計了X、Y軸電機及其驅動電路。軟件方面，選用Linux操作系統，在此基礎上構建了嵌入式Linux開發環境，實現了Bootloader、Linux內核、YAFFS根文件系統的移植，選用Qt/Embeded設計系統的操作界面，給出了系統各個模塊的程序設計，包括人機界面、速度預處理、插補模塊和電機控制部分，文章對系統的軟硬件的抗干擾技術也專門做了介紹。隨后，文章還介紹了積分分離的PID控制算法，并通過使用matlab對電機控制進行仿真，驗證了該算法的可行性。 文章在最后對整個設計進行了總結和展望，指出了系統存在的問題和一些可以改進的地方。
上傳時間： 2013-06-28
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自動開袋機是一種比較復雜的機電一體化縫紉機械，用于加工服裝口袋，與常規手動開裁縫制口袋相比，具有高效率、高品質、高精度的優勢，越來越受到服裝廠青睞。自動開袋機控制系統的研究可滿足市場對此的需求。 論文根據對自動開袋機的機械結構、電氣系統、縫制過程及工藝實現進行分析，提出一種基于ARM9處理器S3C2410和嵌入式WinCE操作系統的控制方案，隨后進行了硬件設計、氣動控制系統設計以及軟件設計。系統的硬件電路部分，論文根據開袋機動作要求及處理器情況，進行了最小系統、電源模塊、串口接口、I/O擴展接口、液晶屏顯示接口等電路設計。氣動控制系統部分，論文進行了滿足動作要求的氣動元件選型以及系統氣動回路設計。系統的軟件設計部分，分析了系統啟動代碼的實現方法，對WinCE操作系統進行定制，并基于EVC開發出應用程序(含用戶圖形界面)部分。論文最后，進行了系統調試工作，并對課題進行總結和展望。 論文設計的自動開袋機控制系統基于WinCE操作系統，人機界面簡潔美觀，操作方便，機器功能比較完善，性能好。在研究過程中，對傳統的開袋機定位方式進行改進，軟件方面考慮到優化性設計。
上傳時間： 2013-04-24
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電火花線切割加工是一種高精度和高柔性的加工方法，在模具制造、成形刀具加工、難加工材料和精密復雜零件的加工等方面得到了廣泛的應用。數控系統是數控機床的核心，開發出低成本、高效率的開放式電火花線切割加工數控系統具有十分重要的現實意義。 本文首先提出了基于ARM及嵌入式Linux的往復走絲電火花線切割數控系統的開發方案。采用ARM微處理器+AVR單片機接口電路作為電火花線切割數控系統的硬件平臺。 通過構建2.6內核版本的嵌入式Linux系統，并將嵌入式GUI解決方案QtopiaCore4移植到該系統，建立了交叉編譯環境，在此基礎上成功地開發了高速走絲電火花線切割加工數控系統軟件原型，并設計了單片機接口電路，使用C語言編寫了相應的控制程序，實現了數控軸驅動步進電機的控制。 最后，本文建立了數控系統的調試環境，并對開發的數控系統軟件進行了聯機調試、系統軟件測試和實例加工。測試和實例加工結果表明，基于ARM和嵌入式Linux的電火花線切割加工數控系統技術途徑的可行性，并實現了預期的數控功能。
上傳時間： 2013-04-24
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目前在各行各業中應用種類繁多的測量儀器隨著儀器性能指標要求的逐漸提升以及功能的不斷拓展，對儀器控制系統的實時性和集成化程度等性能的要求也越來越高。目前發展的趨勢是開放式、集成度向芯片級靠攏的高實時性儀器。針對目前傳統的系統設計存在著功能簡單、速度慢、實時性差、對數據的再加工處理能力極為有限等問題，本文根據課題需要提出了一種基于ARM+FPGA架構的高速實時數據采集嵌入式系統方案，應用在小功率半導體測量儀器上。方案采用三星S3C2410的ARM處理器進行管理控制，處理數據，界面顯示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用來進行高速數據采集，提高了系統的實時性和集成化程度。 本文首先給出了ARM+FPGA架構的總體設計。硬件方面，簡要討論了ARM處理器的特點和優勢，FPGA在高速采集和并行性上的優勢，給出了硬件的總體結構和主要部件及相關接口。軟件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系統的構建和BootLoader的啟動以及內核和根文件系統的結構，構建了嵌入式Linux系統包括建立交叉開發環境，修改移植BootLoader和裁減移植Linux內核，并且根據課題實際需要精簡建立了根文件系統。 為了滿足測量儀器的實時性，設計了ARM與FPGA的高速數據采集接口。進行了FPGA內部與ARM接口相關部分的硬件電路設計；通過分析ARM與FPGA內部時序的差異，針對ARM與FPGA內部FIFO時序不匹配的問題，解決了測量儀器中高速數據采集與處理速度不匹配的問題。接著，通過研究Linux設備驅動基本原理和驅動程序的開發過程，設計了Linux下的FPGA數據采集接口驅動程序，并且實現了中斷傳輸。使得FPGA芯片通過高效可靠的驅動程序可以很好的與ARM進行通訊。 最后為了方便用戶操作，進行了人機交互系統的設計。為了降低成本和提高實用性利用FPGA芯片剩余的資源實現了對PS/2鍵盤鼠標接口的控制，應用到系統中，大大提高了人機交互能力；通過比較分析目前比較流行的幾種嵌入式GUI圖形設計工具的優缺點，結合課題的實際情況選擇了MiniGUI作為課題圖形界面的開發。根據具體要求設計了適合測量儀器方面上使用的人機交互界面，并且移植到了ARM平臺上，給測量儀器的使用提供了更好的交互操作。 本課題完成了嵌入式Linux開發環境的建立，針對課題實際硬件電路設計修改移植了bootloader，裁減移植了內核以及根文件系統的建立；設計了FPGA內部硬件電路，解決了接口中ARM與FPGA時序不匹配的問題，實現了ARM與FPGA之間的高速數據采集；設計了高速采集接口在嵌入式Linux下的驅動程序以及中斷傳輸和應用程序；合理設計了適合測量儀器使用的人機交互界面，并巧妙設計了PS/2鍵盤鼠標接口，進一步提高了交互操作。
上傳時間： 2013-06-21
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