本文關(guān)鍵詞：大幅面打印機送紙系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：運動控制是伴隨著電機相關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種多學科交叉技術(shù)。一般是指在復雜情況下,把制定的控制流程、指令序列轉(zhuǎn)變成希望的機械運動,用來達到對機械運動過程的精確監(jiān)控、速度調(diào)節(jié)等目標。尤其在打印機系統(tǒng)中的多軸送紙運動控制,要求多個送紙軸之間相互配合聯(lián)動,對整個送紙運動過程要求平穩(wěn)可靠,加減速過程穩(wěn)定,而且要滿足一定的精確度與速度的前提下,最終實現(xiàn)高效的連續(xù)送紙流程。隨著近些年FPGA技術(shù)的飛速發(fā)展與相關(guān)應用的普及,FPGA以其編程簡單靈活,逐漸取代PLC成為運動控制器的核心器件。因此,本文主要研究以FPGA作為主控制器的打印機送紙系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。本文首先介紹了FPGA與PLC器件各自的架構(gòu)特點,在相互比較之后表明采用FPGA+MCU的架構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)功能的合理性。接著根據(jù)送紙傳動結(jié)構(gòu)的特點,推導出主軸傳動比系數(shù),再結(jié)合主軸驅(qū)動器細分數(shù)與摩擦送紙軸之間的傳動關(guān)系,最終得到系統(tǒng)的脈沖當量值,同時也闡述了脈沖當量與其他參數(shù)之間的關(guān)系,便于后期框架的可擴展性與可移植性。在此基礎(chǔ)上進而確定了所有送紙軸驅(qū)動器細分數(shù)之間的關(guān)系,相當于在現(xiàn)有送紙系統(tǒng)之上建立送紙數(shù)學模型,屏蔽每個送紙軸不同的減速比、不同的軸直徑等機械差異,為FPGA實現(xiàn)統(tǒng)一的多軸送紙流程運動控制奠定了理論依據(jù)。文中重點介紹了電機運動曲線的設(shè)計思想與控制方法,包括步進電機驅(qū)動方法和常見的加減速曲線,以及直流電機PWM控制原理。結(jié)合脈沖產(chǎn)生原理與送紙脈沖當量值,推導了送紙系統(tǒng)步進電機運動速度與模塊內(nèi)部計數(shù)值的對應函數(shù),并根據(jù)函數(shù)繪制出速度與計數(shù)值曲線。因此可更為直觀的分段調(diào)整曲線,便于在后期優(yōu)化送紙流程時充分考慮加減速時間與加減速穩(wěn)定性的折中。文中詳細闡述為了實現(xiàn)高效率的連續(xù)送紙的目的,對于不同紙長范圍采取不同的送紙邏輯,并對MCU與FPGA設(shè)計了相應的并發(fā)處理過程。后文為了提高系統(tǒng)內(nèi)部信號的可靠性,從軟件設(shè)計方面提出了增強穩(wěn)定性的方法。在設(shè)計過程中綜合電機特性以及機械架構(gòu)的實際情況,確定整個送紙系統(tǒng)功能的詳細邏輯任務劃分。系統(tǒng)采用自頂而下的設(shè)計方式,以連續(xù)打印任務為中心,功能模塊逐步擴展細化。在軟件架構(gòu)內(nèi)部采用模塊化的設(shè)計思想,MCU配合上位機、FPGA同步設(shè)計,最終整合成一個功能齊全的打印機送紙系統(tǒng)。并在最后實現(xiàn)了Modbus通訊協(xié)議,使下位機與上位機進行通訊,完成了整機的聯(lián)合調(diào)試,從而實現(xiàn)大幅面打印機的整個開發(fā)任務。最終測試證明,本送紙系統(tǒng)能夠完成打印過程中所需各種送紙任務,符合設(shè)計要求。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP334.8

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本文編號：1260253