數(shù)控加工高精度控制技術研究范文
本站小編為你精心準備了數(shù)控加工高精度控制技術研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
摘要:針對激光數(shù)控加工中控制精度低的問題。提出一種控制性能與定長運動性能的激光數(shù)控加工方法，對步進電機的轉(zhuǎn)軸速度和轉(zhuǎn)動角度進行精確控制。在步進電機轉(zhuǎn)軸速度的控制中，所提方法使用L293D驅(qū)動芯片設計步進控制電路，并向控制電路中寫入步進電機的加減速控制模型，實現(xiàn)對激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動的控制，控制步進電機的轉(zhuǎn)軸速度。在步進電機轉(zhuǎn)動角度的控制中，單片控制器使用細分驅(qū)動控制技術，將步進電機轉(zhuǎn)動角度細化成若干區(qū)域進行控制，其控制結果與細分驅(qū)動控制指令具有正、余弦關系。經(jīng)實驗驗證可知，所提方法的控制性能與定長運動性能均較為優(yōu)異，能夠達到預期效果，滿足使用需求。
關鍵詞:激光;數(shù)控加工;步進電機;細分驅(qū)動控制;研究
0引言
激光數(shù)控加工是一種使用高功率激光對生產(chǎn)加工工作進行數(shù)字化控制的技術，因為激光具有較強的方向特性，因此這種技術具有很高的使用價值［1－2］。近年來，隨著電子科技的不斷發(fā)展，以及人們對產(chǎn)品加工與制造需求的逐年增長，激光數(shù)控加工已在工、農(nóng)業(yè)等領域被廣泛使用，發(fā)展態(tài)勢良好［3－4］。步進電機則是激光數(shù)控加工中必不可少的核心控制設備，對步進電機控制方法的正確選取，關系著激光數(shù)控加工工作的整體水平，人們需要一種控制性能與定長運動性能較為優(yōu)異的步進控制方法為激光數(shù)控加工工作服務［5－6］。有關部門曾提出過一些激光數(shù)控加工中的步進控制方法，但由于步進電機中接線程序以及計算步驟較為復雜，這些方法的控制性能與定長運動性能往往無法達到工、農(nóng)業(yè)等領域的使用需求，如文獻［7］提出的一種基于總線規(guī)范的激光數(shù)控加工中的步進控制方法，其通過總線規(guī)范對步進電機中各元件的參數(shù)以及運行流程進行限制，并在限制范圍內(nèi)給予各元件較高的應用靈活性，達到降低步進電機中計算步驟復雜程度的目的。這種方法的控制性能較為優(yōu)異，但步進電機中接線程序仍較為復雜，因此定長運動性能不強;文獻［8］提出基于集成電路的激光數(shù)控加工中的步進控制方法，其通過調(diào)節(jié)激光數(shù)控加工工作的輸入與輸出脈沖對步進電機進行控制，具有優(yōu)異的控制性能，但定長運動性能不強;文獻［9］提出基于微控制器的激光數(shù)控加工中的步進控制方法，其應用較為靈活，能夠針對不同的生產(chǎn)加工工作隨時更換微控制器型號，控制性能與定長運動性能均較為優(yōu)異。但這種方法的控制流程無法變更，導致后期維護工作難以進行，用戶口碑不高;文獻［10］提出一種基于功能電路插入的激光數(shù)控加工中的步進控制方法，這種方法將多種外設功能電路以隨用隨取的方式插入到步進電機中，有效減少了步進電機中接線程序以及計算步驟的復雜程度，因此定長運動性能較為優(yōu)異，但控制性能較為欠缺。基于上述情況，提出一種新型激光數(shù)控加工中的步進控制方法。經(jīng)實驗驗證可知，所提方法的控制性能與定長運動性能均較為優(yōu)異，能夠達到預期效果，滿足工、農(nóng)業(yè)等領域的使用需求。
1激光數(shù)控加工中的步進控制技術研究
1.1控制電路設計
在激光數(shù)控加工中，步進電機是一個以特殊角度進行按步轉(zhuǎn)動，進而獲取目標運動增量的設備，其運動增量的大小與自身轉(zhuǎn)動工作的參數(shù)設置息息相關。因此，若想使所提激光數(shù)控加工中的步進控制方法具有優(yōu)異的控制性能與定長運動性能，需要對步進電機的轉(zhuǎn)軸速度和轉(zhuǎn)動角度進行精確控制，達到合理縮減步進電機中接線程序和計算步驟的目的［11］。嚴格來講，對激光數(shù)控加工中步進電機轉(zhuǎn)軸速度控制的實質(zhì)便是對激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動的控制，這是由于主軸是與步進電機轉(zhuǎn)軸直接的相連，并影響著轉(zhuǎn)軸運動規(guī)律。所提激光數(shù)控加工中的步進控制方法使用L293D驅(qū)動芯片對步進控制電路進行設計。L293D驅(qū)動芯片具有高電壓、高電流集成性能，可連接多種類型的邏輯電平與負載。其采用獨立供電方式，對步控電機電壓范圍沒有限制［12］。同時，L293D驅(qū)動芯片的內(nèi)部擁有一個使能輸入接口，可有效簡化步進控制電路的接線程序。
1.2步進電機的加減速控制
模型所提激光數(shù)控加工中的步進控制方法使用計數(shù)法構建步進電機的加減速控制模型。計數(shù)法的原理是使用相同的自變量對激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動頻率實施離散化變形，用f(t)表示激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動頻率，f(s)表示步進電機轉(zhuǎn)軸頻率，θ和s分別表示步進電機的轉(zhuǎn)動角度以及步數(shù)。
1.3步進電機的細分驅(qū)動控制
以上兩節(jié)給出的是對步進電機轉(zhuǎn)軸速度的控制方法，所提激光數(shù)控加工中的步進控制方法對步進電機轉(zhuǎn)動角度的控制，需要使用細分驅(qū)動控制方法。
2實驗及數(shù)據(jù)分析
2.1實驗環(huán)境
通過實驗對本文所提的激光數(shù)控加工中的步進控制方法進行分析，驗證內(nèi)容包括方法的控制性能以及其定長運動性能。
2.2控制性能分析
實驗對三種方法控制性能的分析包括控制速度和控制誤差。
2.3定長運動性能分析
激光數(shù)控加工中的步進電機控制方法的定長運動性能是指步進電機在固定時間段內(nèi)能夠進行持續(xù)運動的能力。定長運動性能是評估控制方法有效與否的重要指標，也是保證激光數(shù)控加工中步進電機能夠正常接受控制指令的基礎。
3結論
在激光數(shù)控加工中，步進電機是一個以特殊角度進行按步轉(zhuǎn)動，進而獲取目標運動增量的設備，其運動增量的大小與自身轉(zhuǎn)動工作的參數(shù)設置息息相關。因此，本文提出一種新型的激光數(shù)控加工中的步進控制方法，使用L293D驅(qū)動芯片、加減速控制模型、單片控制器以及細分驅(qū)動控制技術對步進電機進行控制。通過進行實驗分析，證明本文方法具有較為優(yōu)異的控制性能和定長運動性能，能夠合理滿足工、農(nóng)業(yè)等領域的使用需求。
參考文獻
［1］高德洋，侯立剛，張志遠．基于FPGA的噴墨打印機控制系統(tǒng)［J］．現(xiàn)代電子技術，2015，38(18):64－67．
［2］彭衛(wèi)，吳兵，李武建．分數(shù)倍內(nèi)插成形濾波器設計及實現(xiàn)［J］．現(xiàn)代電子技術，2016，39(1):62－64．
［3］徐錕，黨幼云，張峰．四自由度機械手多細分步進電機驅(qū)動器的設計［J］．西安工程大學學報，2015，29(6):714－719．
［4］劉沖，劉鵬，王曉曼，等．激光質(zhì)量測量的自適應衰減控制技術研究［J］．吉林大學學報(信息科學版)，2014，32(4):395－400．
［5］李江瀾，石云波，趙鵬飛，等．TEC的高精度半導體激光器溫控設計［J］．紅外與激光工程，2014，43(6):1745－1749．
［6］姜子運，郭玉輝，劉海濤，等．加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)注入器離子源控制系統(tǒng)［J］．強激光與粒子束，2014，26(5):276－279．
［7］李志鳳，趙登峰，馬國鷺，等．基于激光多普勒效應的軸系振動綜合測量［J］．激光雜志，2015，36(3):107－110．
［8］秦宗權，樊瑜瑾，李愛冉，等．基于PLC的經(jīng)濟型母線圓角機控制系統(tǒng)研究［J］．機電一體化，2014，20(7):34－37．
［9］吳東昇，陳學永．基于多自由度激光堆積零件中心軸線的不等厚分層算法研究［J］．激光雜志，2015，36(3):114－117．
［10］林喆，魏海波，孫清．基于交流伺服和步進驅(qū)動控制的玻璃數(shù)控鉆孔技術研究［J］．機電工程，2015，32(2):261－264．
［11］李金松，董硯，崔向宇，等．基于FPGA和步進控制的無刷直流電機伺服系統(tǒng)［J］．電力電子技術，2014，48(8):16－18．
［12］劉文婷，王鋒波，祁炳楠．基于步進控制的自動鉆床氣控回路設計與仿真［J］．機床與液壓，2015，43(22):122－124．
［13］孫孔政，徐抒巖，曹小濤，等．基于矩頻曲線的步進電機加減速控制［J］．微電機，2014，47(1):81－85．
［14］周一飛，劉慶想，李相強，等．螺旋天線步進電機控制系統(tǒng)仿真及運行曲線優(yōu)化［J］．強激光與粒子束，2014，26(6):90－94．
［15］蘇義鑫，孫功武，聶巍．基于矢量控制的步進電動機細分驅(qū)動技術［J］．微特電機，2014，42(2):56－59．
［16］藍杰，張浩然．基于STM32的微型步進電機驅(qū)動控制器設計［J］．微型機與應用，2015，34(1):43－46.
作者：趙曉寒 單位：綏化學院
