基于DSP与FPGA的印花控制单元的研究

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本文以独立传动式圆网印花机为背景,以提高圆网印花机的印花精度为目标,设计和开发了基于DSP与FPGA的印花控制单元。全文包括总体方案设计,硬件设计,软件设计,控制算法的分析、实现与仿真,以及系统结构优化等内容。 文中首先介绍了圆网印花机的现状和发展趋势,以及DSP与FPGA在工业控制领域中的应用。然后,从独立传动式圆网印花机的体系结构入手,阐述了圆网印花机控制系统的结构,并对圆网印花机的跑花和错花问题进行了详实分析,进而提出了分别基于DSP和FPGA的主从板结构式印花控制单元的设计方案。其次,结合文中按模块给出的电路原理图,详细叙述了基于DSP的主控制板的软硬件设计,以及基于FPGA的伺服控制板的板级与芯片级设计,同时还对如何提高硬件的抗干扰能力和软件的可靠性进行了分析。 为实现圆网印花机的高精度同步控制,针对系统的运动特点,在分析圆网升降速过程中位置误差的产生以后,设计了Fuzzy-PID复合型控制器作为系统同步控制的控制核心。该控制器能较好的解决系统升降速过程中出现的误差,同时保证系统正常运行时的高精度。文中根据FPGA芯片的特点讨论了Fuzzy-PID复合型控制器的实现,并给出了其仿真结果。 本文还对现有印花控制单元进行了结构优化设计,提出了SOPC的解决方案,同时提出了由FPGA构成的系统向低成本ASIC系统转化的探讨。最后,对应用机器视觉技术开发圆网印花机的自动对花系统,应用现场总线系统与工业以太网技术形成一体化的监控系统,实现对印花生产全过程工艺参数的在线监督、远程诊断与控制,以及其他先进技术在圆网印花机中的应用等方面进行了展望。
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