基于FPGA的工作台反向间隙的研究

反向间隙论文 闭环控制论文
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反向间隙就是机械传动链的给进轴换向时,出现的电机空转,工作台无实际位移的现象。它会造成工作台定位误差,甚至系统振荡。伺服电机在带动进给轴运动时会发生丢步的现象,影响刀具接近位置目标的能力,进而影响工件加工的精度。本论文主要研究的是用FPGA和磁栅尺搭建了闭环控制系统,测量反向间隙,补偿反向间隙和丢步,研究结果对于提高激光加工的精度有实际的意义。本论文首先阐述了课题的背景和意义,然后根据平台的研究目的,制定出系统的整体方案,建立了数据处理的电路模型,选择了合适的FPGA平台和反馈测量装置,设计出系统各个部分的原理图,并对电路进行抗干扰分析,布局布线之后进行制板,并对该板进行了基本的调试。然后根据电路的模型进行模块化的软件设计,系统分为分频器,可逆计数器,滤波器,比较计算,校正输出等5个模块,分别通过功能仿真后将其集成,进行系统级仿真调试,调试通过后对系统进行综合和布局布线,生成了逻辑网表,下载至芯片,进行了系统级的功能验证。最后在PC上位机编写了G代码,使运动控制卡控制工作台移动,进行了系统级的现场调试,使用了嵌入式逻辑分析仪,采集了工作台的反向间隙和失步,并将其补偿到系统中,实现了预期的功能。
摘要第4-5页
Abstract第5页
1 绪论第8-14页
    1.1 课题研究背景及意义第8-9页
    1.2 国内外研究现状第9-12页
    1.3 课题来源及本文重要工作第12-13页
    1.4 论文的组织结构第13-14页
2 反向间隙补偿系统方案设计第14-25页
    2.1 反向间隙补偿系统的整体设计方案第14-18页
    2.2 元器件的选择第18-23页
    2.3 反向间隙补偿系统的可靠性设计与分析第23-24页
    2.4 本章小结第24-25页
3 FPGA 系统的硬件设计第25-33页
    3.1 供电电源接口设计第25-26页
    3.2 JTAG 下载接口设计第26-28页
    3.3 光耦隔离抗干扰设计第28-29页
    3.4 主芯片及抗干扰分析第29-32页
    3.5 本章小结第32-33页
4 FPGA 系统的软件设计第33-48页
    4.1 FPGA 系统软件设计部分第33-41页
    4.2 综合生成逻辑电路第41-46页
    4.3 软件仿真第46-47页
    4.4 本章小结第47-48页
5 反向间隙补偿系统实现及测试结果第48-54页
    5.1 反向间隙补偿系统实现第48页
    5.2 硬件调试第48-49页
    5.3 软件调试第49-50页
    5.4 上位机控制 G 代码第50-52页
    5.5 系统测试结果第52-53页
    5.6 本章小结第53-54页
6 总结与展望第54-56页
    6.1 总结第54页
    6.2 前景与展望第54-56页
致谢第56-57页
参考文献第57-60页
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