学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于FPGA的凹印制版雕刻机控制系统的研究与设计

作　者: 刘亮
导　师: 周照耀
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 凹印制版雕刻机 FPGA 网穴 PCI 运动控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 98次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

印版的图文着墨部分凹陷下去,低于印版平面,这种印刷工艺称为凹版印刷,它与胶印、凸印和柔印组成四大印刷工艺体系,具有承印材料广泛、承印幅面宽、印品质量好、印刷图案鲜艳、层次丰富和印刷速度快等独特优势,具有广阔的市场前景。目前,市场上的先进凹版雕刻机的控制器大多为国外产品,控制精度和自动化程度高,但价格也相当昂贵,因此为促进我国包装工业的进一步发展,研制具有较高性价比的雕刻机控制系统具有很重要的现实意义。本论文研究和开发了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的凹印雕刻控制系统,完成的主要工作如下：研究了采用CTP(Compute to Plate)技术的凹印雕刻机的运动原理,分析凹印雕刻工艺,主要以铜版为雕刻材料,研究探索雕刻频率、滚筒转速、雕刻头横向速度对于网穴形态和网穴线数的变化规律,建立可雕刻任意网穴角度的菱形网点的传动关联模型。研究了雕刻头的输入端的直流分量和交流分量对雕刻头工作电流的关系,以网穴的生成过程为研究对象,建立了网穴形态与交流振幅的关系模型,从而建立了网穴深度和形态的数学模型。为保证凹印加工精度、稳定性和网穴质量,建立一种基于FPGA的多轴运动控制系统,并针对三轴各自的速度性能要求,分别制定优化的速度控制策略,并建立一种兼容三种速度要求的柔性加减速曲线模型,并采用VerilogHDL语言将算法实现。为满足凹印制版电子雕刻机对大量图像数据传输的要求,研究了采用VerilogHDL语言实现PCI(Peripheral Component Interconnect)总线设计方法,设在Altera公司的Cyclone系列芯片上实现了从设备模式PCI总线下的简化协议,并以Driver Studio为开发平台完成PCI设备WDM(Windows Driver Model)驱动程序的设计,实现PC机与控制卡的高速通信。最后,将该设计方案应用于8KHz的凹印高速电子雕刻机,对多轴运动控制、雕刻数据传输和雕刻头电流驱动进行检测和调试,并进行图像试雕。实测雕刻结果的正确性和实测数据的误差分析验证了设计方案。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 凹印制版系统概述  11-14
    1.1.1 凹版印刷的工艺流程  11-13
    1.1.2 电子雕刻的发展历程  13-14
  1.2 雕刻运动控制系统的研究现状  14-17
    1.2.1 雕刻机的国内研究现状  14-15
    1.2.2 运动控制器的研究现状  15-17
  1.3 论文的研究意义和内容  17-19
  1.4 课题来源  19-20
第二章凹印制版雕刻加工关键技术研究  20-36
  2.1 凹印制版雕刻系统组成及控制原理  20-24
    2.1.1 凹印制版雕刻系统组成  20-21
    2.1.2 凹印制版雕刻系统工作原理  21-22
    2.1.3 高速电子雕刻的工艺参数  22-24
  2.2 多轴传动关联模型研究  24-26
  2.3 凹印网穴深度和形状控制  26-29
  2.4 速度控制算法研究  29-35
    2.4.1 速度曲线优化控制策略  30-31
    2.4.2 常用速度控制算法分析  31-33
    2.4.3 柔性加减速曲线算法改进  33-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章凹印制版雕刻系统总体方案设计  36-46
  3.1 凹印雕刻制版系统性能需求  36
  3.2 雕刻控制系统任务研究  36-41
    3.2.1 图形图像处理  37-38
    3.2.2 雕刻运动控制  38-40
    3.2.3 执行机构驱动  40-41
  3.3 控制系统的总体方案设计  41-45
    3.3.1 控制模式的设计  41-43
    3.3.2 软件平台的选择  43
    3.3.3 控制系统的总体设计  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章基于FPGA的系统功能模块设计  46-55
  4.1 雕刻控制系统总体设计  46-49
    4.1.1 系统硬件总体结构  46-48
    4.1.2 FPGA的顶层模块总体  48-49
  4.2 多轴运动控制模块  49-51
    4.2.1 专用运动控制模块  49-50
    4.2.2 加减速曲线模块  50-51
  4.3 PCI总线数据通信模块  51-54
    4.3.1 PCI总线接口结构  51-52
    4.3.2 PCI总线时序分析  52-53
    4.3.3 PCI总线时序仿真  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 WDM驱动程序设计  55-65
  5.1 WDM设备驱动程序模型  55
  5.2 驱动开发平台搭建及使用  55-57
  5.3 WDM驱动程序设计  57-62
    5.3.1 设备控制顶层  57-58
    5.3.2 I/O和内存端口的访问  58-60
    5.3.3 中断同步例程  60-62
  5.4 WDM驱动程序的调用  62-63
  5.5 WDM驱动程序的安装  63-64
  5.6 本章小结  64-65
第六章系统实验及数据分析  65-75
  6.1 实验平台介绍  65-66
  6.2 试验样机展示  66-67
  6.3 系统性能测试  67-69
    6.3.1 三轴运动控制  67-68
    6.3.2 雕刻数据读写  68-69
    6.3.3 雕刻头的驱动  69
  6.4 样机雕刻实验  69-74
    6.4.1 图像试雕  69-70
    6.4.2 数据分析  70-74
  6.5 本章小结  74-75
总结与展望  75-77
参考文献  77-80
攻读硕士学位期间取得的研究成果  80-81
致谢  81-82
附件  82

基于FPGA的凹印制版雕刻机控制系统的研究与设计

内容摘要

全文目录

相似论文