钻孔、攻丝一次成形设备的控制系统研究

论文摘要

先进的机械制造技术在国民经济发展中起着重要的作用。现代科学技术的迅速发展,特别是电子技术、计算机技术、现代数控技术的迅猛发展给机械制造业带来了极为深刻的变革。本课题就是从这方面着手构思的。传统的螺纹孔加工都需要经过两道工序:先用钻头加工出一个比螺纹孔直径略小的底孔,然后换成丝锥加工出螺纹。本课题想利用现有比较成熟的数控技术,计算机技术,以及控制理论设计一个控制器用来对现有的数控机床进行改造,并且结合一种新型复合刀具,将机械加工过程中螺纹孔中的钻孔和攻丝两道工序一次完成,从而能大幅度的提高生产效率。该课题完成的主要内容是:1)提出螺纹孔一次成形且闭环控制的设计方案。控制给定值由刀具的旋转速度提供,反馈值由滚珠丝杠的旋转速度提供,再根据改进的PID控制算法得到输出信号用来控制步进电机,进而调整整个系统的响应性能。2)对整个机械传动系统建模,设计基于PID控制算法的数字控制器,在实际应用中用直接设计数字控制器的方法求得控制器各个控制参数,传统的一般方法难于取得这些参数。3)确定微处理器及外围设备的组成,根据控制任务及控制算法要求对微处理器进行I/O口的配置,硬件和软件设计过程同时进行,两者相辅相成。4)设计并制作针对旋转编码器的去抖电路。5)对去抖电路进行仿真和实验以验证电路的正确性以及可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 本课题的选题意义
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 本微控系统设计要素
• 2.1 确定控制任务
• 2.2 选择微处理器和外围设备
• 2.3 建模和控制算法确定
• 2.4 硬件和软件的具体设计
• 第三章 一次成形闭环控制系统的设计思路
• 3.1 在开环控制系统上进行闭环控制系统的完善
• 3.2 该闭环控制系统设计思路
• 第四章 微处理器和外围设备
• 4.1 控制系统电路的整体设计
• 4.2 主要元件性能简介
• 4.2.1 单片机类型的选择
• 4.2.2 旋转编码器的工作原理
• 4.2.3 步进电机的工作原理
• 4.2.4 步进电机驱动器
• 第五章 控制算法与建模
• 5.1 机械传动机构的建模
• 5.2 本控制系统的传递函数
• 5.3 关于PID 算法的说明
• 5.4 PID 控制在本系统中的应用
• 5.5 数字PID 控制算法
• 5.5.1 设计数字控制器
• 5.5.2 最少拍随动系统数字控制器的设计
• 第六章 硬件和软件设计及调试
• 6.1 硬件部分的设计
• 6.1.1 各I/O 口分配
• 6.1.2 采样信号接口电路
• 6.1.3 控制按键接口电路
• 6.1.4 发光数码管显示电路
• 6.2 软件设计的步骤
• 6.3 本系统设计的总体目标及实现方案
• 6.4 程序流程原理及清单
• 6.4.1 软件总体流程设计
• 6.4.2 功能模块框图及原理
• 6.5 控制程序的仿真及调试
• 6.5.1 仿真器的结构和功能
• 6.5.2 编程器的结构和功能
• 第七章 工作中抗干扰设计
• 7.1 干扰的危害
• 7.2 硬件系统的干扰分析
• 7.3 本系统一般硬件抗干扰措施
• 7.4 本系统去抖动措施
• 7.4.1 本系统去抖动电路的设计
• 7.4.2 本系统去抖动电路的软件仿真
• 7.4.3 本系统去抖动电路可行性的实验验证
• 第八章 试验结果分析
• 8.1 实验装置的说明
• 8.2 实验及结果分析
• 8.2.1 实验过程
• 8.2.2 实验结果分析
• 第九章 对研究工作的总结与展望
• 9.1 全文总结
• 9.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文