基于STM32数控系统研究及在激光切割机中的应用

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于STM32数控系统研究及在激光切割机中的应用易勇帆二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504093广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于STM32数控系统研究及在激光切割机中的应用易勇帆指导教师姓名、职称：王钦若教授学科(专业)或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)

2、ResearchofCNCsystemandapplicationinthelasercuttingmachineBasedontheSTM32Candidate:YiYongfanSupervisor:Prof.WangQinruoMay2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要数控系统技术是机械制造和控制技术结合的产物，是当今高端装备制造业的核心技术之一。实现高效化、节能化、数控化、网络化、智能化的数控系统，是国外和国内必然的发展方向。

3、当然作为核心的运动控制系统，其发展直接影响到数控系统的性能。传统的数控系统已经不能满足现在的工业需求，本课题设计了一款基于STM32的高速运动控制嵌入式数控系统，并在激光切割机中进行应用。本文围绕主控板以运动控制专用芯片MCX314为核心，采用STM32F427ZIT7微控制器作为主控器设计的一款控制器、基于Pcap01的电容采集模块、S曲线加减速控制算法、插补、切割头随动系统跟随算法等方面进行展开研究。对比了目前市场上的运动控制系统，在多轴联动、功能复合、网络化、智能化和开放性等领域还不够完善，通过深入研究，提出了基于ARM的高速运动控制嵌入式数控技术的总体设计方案，设计了相应的

4、硬件和软件。在Qt开发环境下，基于开源绘图软件LibreCAD的基础上进行了二次设计，开发出了一款人机交互界面。实现了在软件上直接绘图，PC机直接将必要的点位信息和参数通过网络的通信方式传送给下位机，下位机进行分析与逻辑处理，转化为驱动电机的脉冲波形，极大的提高了工作效率。在激光切割机上涉及到一个跟随系统，由于钢材不平整需要激光切割头快速跟随钢板，与之保持一个特定的切割距离。基于PCap的电容测量系统，将具有一定占空比的波形通过差分信号的方式传给下位机进行逻辑处理。在加减速控制算法上采用完全S型加减速控制算法，图形轨迹钝角处设计了一种最大安全衔接速度过渡算法。当图形不存在单轴运动方

5、向的变化采用此控制算法，可以提高机床的加工速度。通过在四轴激光切割机GF3015中进行了实际加工应用结果表明，本文设计的硬件和切割机软件是可行的，运动控制算法在一定程度上可以提高加工的精度和速度。关键词：数控系统；运动控制系统；STM32；跟随系统；激光切割；加减速算法I广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTCNCsystemtechnologyistheproductofthecombinationofmechanicalmanufacturingandcontroltechnology.Itisoneofthecoretechnologiesoftoday'shigh-end

6、equipmentmanufacturingindustry.Therealizationofhigh-efficiency,energy-saving,numericallycontrolled,networked,andintelligentnumericalcontrolsystemsisaninevitabledevelopmentdirectionbothabroadanddomestically.Ofcourse,asthecoreofthemotioncontrolsystem,itsdevelopmentdirectlyaffectstheperformanceof

7、theCNCsystem.Thetraditionalnumericalcontrolsystemcannolongermeetthecurrentindustrialdemand.ThisprojecthasdesignedaSTM32-basedhigh-speedmotioncontrolembeddednumericalcontrolsystemandappliedinthelasercuttingmachine.Thisarticlefocusesonthe