数控电加工小孔机位置控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着装备制造业的迅速发展，在工业生产过程中，数控加工已逐步主导了传统的机械加工，采用机器进行自动化控制的生产流水线得到了迅速的发展。自动化生产设备正在逐渐代替人工成为生产过程中的主力军。自动化设备与人工相比具有精度高、速度快、效率高、抗疲劳的优点。借助于运行平稳、精度高、响应快、使用寿命长的优点．步进电机被广泛应用在涉及到定位的各个自动化控制场合。为了解决传统自动化设备需要有较高专业技能人员操作的问题．本设计着力于设计一款拥有人性化交互界面的数控电加工小孔机位置控制系统。

步进电机作为一种将脉冲转化为角动量的执行机构借助于其自身精度高、误差不累计的优点在工业生产中得到大量应用。步进电机实际旋转角度,主要取决于电脉冲的输入数量,电机转速的改变也主要由脉冲输入频率所控制。以开环控制方法控制步进电机位置,比较简便,但是精度较低。而以闭环控制方法进行步进电机位置的控制,精度较高,再结合 pid 算法,可更高效、稳定地控制步进电机位置,对促进步进电机的进一步应用意义重大。因此有必要在 pid 算法基础上,探究通过闭环控制阀对步进电机实现精准的位置控制。

本系统采用的是闭环控制,在对转子速度或者位置进行全面检测之后,进行适当的处理与反馈,结合步进电机转角要求,自动给出驱动脉冲序列,这种控制方法与微步驱动技术实现了有效结合,可以满足高精度需求,同时可对电机实现绝对位置控制。pid 算法属于工业控制中应用较为广泛的控制算法,最为经典且控制效果突出。因此,为了更高效地控制步进电机,使其全面发挥自身优势,有必要深入探究以 pid 算法为基础的步进电机位置控制,以更加智能化地控制步进电机方向和转速。

2. 研究内容和预期目标

(1)本课题旨在设计一种基于lpc1752 arm系列单片机的人性化交互界面的数控电加工小孔机位置控制系统。该系统采用使用c语言编写步进电机控制程序和正交编码信号采集程序，实现闭环精确地控制步进电机移动定位。

(2)完成的功能：对驱动两个步进电机，和光栅尺的反馈实现对小孔机位置的精确控制，通过串口通讯实现用户和上位机之间的信息交互，使用户能够接受小孔机的位置信息并对小孔机进行控制；

(3)控制芯片最小系统设计，步进电机驱动部分电路，传感器信号采集部分电路和串口通信电路的设计；

3. 研究的方法与步骤

本课题采用nxp公司lpc1752 arm系列单片机芯片以及上位机系统，实现对步进电机的闭环控制、位置检测，以及与上位机的通讯。本课题主要通过以下步骤完成：

(1)了解数控电加工和步进电机驱动相关资料的文献；

(2)撰写和完善开题报告;；

4. 参考文献

[1] 邢然, 郑国昆, 任晓伟, 等. 步进电机加减速曲线设计方法研究[j]. 工程建设与设计, 2018(6): 48－50.

[2] 崔洁, 杨凯, 肖雅静, 等. 步进电机加减速曲线的算法研究[j]. 电子工业专用设备, 2013(8): 45－49.

[3] 蔡泽凡. 基于 stm32 的步进电机 s 形加减速控制曲线的快速实现方法[j]. 信息技术与信息化, 2014(4): 27－29.

5. 计划与进度安排

(1)2020.2.24—2020.2.28检查毕业实习内容、实习日志、调研及查阅文献情况。

(2)2020.3.02—2020.3.20熟悉lpc1752系列单片机内部结构及其程序语言。

(3)2020.3.23—2020.3.27了解产品的电路及相关ic的使用；学习光栅尺的测量原理，绘制原理图，调试相关硬件。