金箔打箔机步进电机的控制系统设计与实现

摘要

金箔的实际用途非常广泛，例如：金箔可以食用，可以用于化妆品，还可以用于高档建筑的装饰，甚至可以用于外科缝合手术等等。传统的金箔生产工艺需要花费工匠们大量的劳动力，加工效果依赖于工匠的技艺，而且生产环境不适于工匠们的身心健康，因此取代工匠们手工锻打的机器打箔机应运而生。虽然机器打箔机解放了工匠们从前需要花费的大量体力，然而在这种生产方式下，工匠们仍然没有摆脱生产环境下的巨大噪声，甚至很可能在手动调整金箔的时候因为不小心而受伤。
　　为了提高金箔打箔机的生产自动化水平，提高金箔生产的效率，本文研究了金箔打箔机步进电机控制系统的设计，课题的设计内容和成果如下：
　　首先，研究了金箔打箔机中三相可变磁阻步进电机的数学模型，并对该模型进行仿真和分析，验证三相可变磁阻步进电机数学模型的有效性。
　　其次，对模糊PID闭环控制算法进行了研究，并应用于金箔打箔机步进电机运动位置的控制。与传统PID闭环控制对比，模糊PID闭环控制算法提高了步进电机的动态响应性能。
　　最后，对数控系统中逐点比较法的圆弧插补拟合算法进行了研究，并应用于步进电机轨迹控制。仿真和分析的结果表明该算法能够控制步进电机按照给定的同心圆环轨迹运动，插补精度高。
　　经过设计之后的金箔打箔机，能够实现按照给定的轨迹运动，提高了金箔生产的自动化水平以及金箔生产的效率。

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第一章绪论

1.1金箔的工业应用背景

1.2金箔打箔的工艺背景及现状

1.3论文的主要工作及结构

第二章相关背景知识介绍

2.1三相可变磁阻步进电机的工作原理及特性

2.2模糊控制理论基础

2.3传统PID与模糊PID

2.4数控系统常见的插补方法

2.5本章小结

第三章 金箔打箔机三相可变磁阻步进电机建模与仿真

3.1步进电机的简化数学模型

3.2步进电机的Simulink模型与仿真

3.3本章小结

第四章 步进电机运动位置的模糊PID闭环控制设计

4.1模糊PID闭环控制设计

4.2金箔打箔机的阶跃运动轨迹的设计

4.3本章小结

第五章 基于圆弧插补法的打箔机同心圆环运动轨迹的设计

5.1逐点比较法的圆弧插补算法

5.2仿真结果与分析

5.3同心圆环运动轨迹的单片机控制设计

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢