基于DSP的拉丝机智能控制系统研究

论文摘要

论文针对自聚焦透镜制作中的拉丝工艺生产特点,设计出一种基于DSP的拉丝机智能控制系统。系统以DSP芯片作为硬件控制器载体,将模糊神经网络理论应用于控制系统中,利用激光测径仪作为反馈器件对拉丝电机进行闭环控制。通过拉丝机的智能化改造,实现对纤维丝直径和锥度的自动化控制,改变目前由人工控制拉丝工艺的现状,提高生产效率。本文主要介绍了系统的智能控制算法、硬件平台、软件系统、实验方法及实验结果分析。在智能控制算法研究中,利用MATLAB神经网络工具箱,设计出针对拉丝电机的模糊神经网络模型。硬件平台以TI公司TMS320LF2407A的DSP芯片为核心,设计了电平转换电路、复位电路、时钟电路、SCI串行接口电路、JTAG接口电路以及AD调理电路等部分,为下一步软件设计提供了物理平台。软件系统包括在CCS环境下的DSP控制程序设计以及基于C++ Builder6的上位机界面设计。DSP软件控制程序主要包括:模糊神经网络算法设计,AD转换,串行通讯以及电机控制程序设计。上位机界面设计由主控制界面及各个参数设置的子界面设计组成。论文详细介绍了各个部分设计的思路、实现和检测方法。经过实验室检测各个模块运行正常后,应用于拉丝机在线控制系统,分析实验结果得到设计满足现场拉丝工艺指标要求。本论文设计的拉丝机智能控制系统无需建立精确数学模型。在应用时,只需将熟练操作人员的经验值作为样本输入模糊神经网络模型离线训练网络参数,将该网络参数应用于在线控制,通过输入反馈量计算出相应的输出控制量。该系统有效减少不确定因素对拉丝工艺的影响,具有良好的实用性和推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 综述
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景及意义
• 1.3 本文主要内容安排及研究工作
• 2 拉丝机系统方案设计及算法研究
• 2.1 拉丝机控制系统方案设计
• 2.1.1 拉丝机工作原理的理论研究及数学分析
• 2.1.2 拉丝机系统总体控制方案设计
• 2.2 拉丝机控制算法研究
• 2.2.1 拉丝机智能控制算法方案选择
• 2.2.2 模糊神经网络工作原理
• 2.2.3 拉丝机模糊神经网络设计
• 2.2.4 模糊神经网络算法训练及仿真
• 2.3 本章小结
• 3 拉丝机控制系统硬件设计及实现
• 3.1 DSP芯片选择
• 3.2 基于DSP的拉丝机控制系统硬件结构规划
• 3.3 硬件控制器功能模块设计
• 3.3.1 电平转换电路设计
• 3.2.2 复位电路设计
• 3.3.3 时钟电路设计
• 3.3.4 串行通讯模块设计
• 3.3.5 仿真接口（JTAG）电路设计
• 3.3.6 信号采集模块设计
• 3.3.7 电源和地的去祸电路设计
• 3.4 本章小结
• 4 拉丝机系统软件设计及实现
• 4.1 DSP软件开发流程及开发环境
• 4.2 DSP控制系统软件设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 AD转换程序设计
• 4.2.3 串行通信接口（SCI）模块设计
• 4.2.4 电机控制模块
• 4.3 上位机界面设计
• 4.3.1 上位机界面主要功能设计
• 4.3.2 基于C++ Builder的上位机界面设计
• 4.4 本章小结
• 5 系统性能测试与联机实验分析
• 5.1 基于DSP的拉丝机控制系统各模块性能调试
• 5.1.1 模糊神经网络模块测试
• 5.1.2 信号采集模块测试
• 5.1.3 电机控制模块测试
• 5.1.4 上下位机串行通讯测试
• 5.2 现场联机拉丝实验及结果分析
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文