四步法三维编织机底盘驱动装置的研制.pdf 72页

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西安工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；日觀女年月守日，ｉ？西安工程大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西安工程大学教学目的使用本学位论文，将全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。□，在。保密？年解密后适巧本授权书本学位论文属于□不保密，□立即或在□！年口２年后开放使用。０；指导教师签名学位论文作者签名手；、－日期：玉年Ｉ月日日期；年月ｎ日可） 学校代码10709中图分类号TH69UDC621密级：□公开□保密论文题名:四步法三维编织机底盘驱动装置的研制研究生姓名：杨超群学号：2012205导师：王俊勃教授贺辛亥教授学院：机电工程学院学科专业：机械电子工程申请学位：工学硕士答辩委员会主任委员：陈文革答辩日期：2015年3月20日 四步法三维编织机底盘驱动装置的研制摘要：本论文结合陕西省科学技术研究发展计划项目（2013K07-20）和西安工程大学博士科研启动项目（BS1302）研究工作，完成对异型可变径三维编织设备底盘驱动装置的设计和制作。本论文的工作主要针对异型可变径三维编织设备的研制开展了相关研究工作，主要目标是设计出可驱动携纱器完成四步法编织运动的底盘驱动装置的总体方案与实物的制作。具体内容包括：四步法三维编织工艺理论探究、底盘驱动装置机械结构设计、底盘驱动装置控制系统设计以及对底盘驱动装置可实现简单操作的人机界面设计并且完成实物的制作。论文以四步法编织工艺为基础，用数学知识——置换理论分析了四步法编织工艺的运动过程，运用数学公式阐述了四步法三维编织工艺的运动过程。对于底盘驱动装置机械结构部分的设计，利用三维软件PRO/E作为设计工具,设计出可实现四步法三维编织工艺底盘驱动装置结构的三维模型，其中包括一些自主设计的机械结构，如底盘驱动装置的推杆机构等。在底盘驱动装置控制系统的设计中，采用了PC机+运动控制卡的总体控制方案，文中详细阐述了上述控制方案的种种优点及其硬件设计，并给出了各硬件的简单介绍及其接线方法。在硬件设计的基础上，利用VC++6.0编辑器完成相应控制软件以及所需人机界面的设计。结合课题需要，本论文在上述所述理论与设计层面的基础上，分析并完成对底盘驱动装置机械结构的材料选取，完成各零件加工，整体装配以及联机调试，论文中所设计的底盘驱动装置已制作成样机，并取得实验验证效果。图68幅，表14个，参考文献63篇关键字：四步法编织工艺，底盘驱动装置，运动控制系统，人机界面，结构设计中图分类号：TH69I TheDesignofThree-dimensionalBraidingMachineChassisDrivingDeviceBasedontheFour-stepsABSTRACT：Basedonthe2013Shaanxiprovincescienceandtechnologyresearchproject（2013K07-20）andXi’anPolytechnicUniversityDr.launchscientificresearchproject（BS1302）,thisthesisissupposedtocompletethedevelopmentofadjustablethree-dimensionalbraidingdevice.Theworkofthisthesismainlyaimsattherelevantresearchworkofthedesignaboutvariableshapedthree-dimensionalequipment,Themajorcontentofthisthesisistodesignthefourstepbraidingchassisdrivingbraidingyarntocompletethebraidingmovementofthefourstepandtodothephysicalproduction.themaincontentsinclude:thestudyoffourstepsthree-dimensionalbraidingtechnologytheories,thedesignofchassisdrivemechanicalstructure,thestudyofchassisdrivecontrolsystemdesignandthechassisdrivedeviceinterfacedesignforrealizingthesimpleoperationbetweenmanandmachine.Forthedesignofchassisdrivemechanicalstructure,undertheguidanceoffourstepsweavingtechniqueandmathematicalknowledge,namely,displacementtheory,thisthesiswillanalyzethefourstepsweavingmovementprocessandcompletethemovementprocessoffourstepsthree-dimensionalweavingtechnique.Byapplyingthethree-dimensionalsoftwarePRO/Edesign,itcanrealizethethree-dimensionalmodeloffourstepsthree-dimensionalbraidingtechnologychassisdrivestructure,includingsomeindependentmechanicalstructuredesigns,suchasthepushrodmechanismofchassisdrivedevice.Whenitcomestothedesignofthechassisdrivecontrolsystem,thisthesisprovidestheoverallcontrolschemeofthePC+motioncontrolcard,aswellas,thesimpleintroductionofeachhardwareandconnectionmethods.Moreover,onthebasisofthehardwaredesign,somecorrespondingsoftwareandman-machineinterfacedesignsalsohavebeenachievedbytheuseofVC++6.0editor.Consideringtheresearchpurposes,thisthesishasfinishedthefollowingresearches:thematerialselectionofthechassisdrivemechanicalstructure,physicalpartsprocessing,theoverallassemblyandon-linedebugging.Inaddition,themostimportantachievementisthatchassisdrivedevicedesignhasbeenproducedintoaprototypemachine,whichhasbroughtacertainpositiveeffect.Figure68,Table14,References63.Author（Major）Chao-qunYang（Mechatronicengineering）DirectedbyJun-boWangandXin-haiHeKeyWords:Three-dimensionalbraidingtechnique,Thechassisdrive,Motioncontrolsystem,Man-machineinterfacedesign,StructuraldesignClassification:TH69III 目次1绪论.............................................................11.1三维编织技术的概述..............................................11.1.1纵横编织技术...................................................21.1.2回转角轮编织技术...............................................31.2新时期三维编织技术在我国各领域的应用............................41.2.1三维编织技术在制作承力梁上的应用...............................41.2.2三维编织技术在异型预制件制作上的应用...........................41.2.3三维编织技术在制作高性能复合材料管件上的应用...................41.2.4三维编织技术在制作人造生物组织方面的应用.......................51.2.5三维编织技术在其他领域的应用...................................51.3自动化三维编织设备的研究历程及现状..............................61.4课题来源与研究意义..............................................81.4.1课题来源.......................................................81.4.2意义...........................................................81.5本文研究的主要内容与创新点......................................91.5.1本文研究的主要内容.............................................91.5.2本文的创新点..................................................102四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计.............................112.1四步法编织工艺理论研究.........................................112.1.1四步法编织原理................................................112.1.2携纱器运动轨迹的研究..........................................122.1.3步进与置换....................................................122.1.4四步法编织工艺的置换推导......................................132.1.5底盘运动算法表示..............................................142.2四步法底盘驱装置的结构设计.....................................152.2.1编织底盘的设计准则............................................162.2.2现有底盘装置及不足............................................172.2.3床身导轨的设计................................................192.2.4实现行运动的结构设计..........................................202.2.5实现列运动的结构设计..........................................222.2.6整体装配结构..................................................23V 2.3实现机制.......................................................242.4本章小结.......................................................253底盘驱动装置控制系统设计.........................................273.1运动控制系统概念...............................................273.2运动控制系统控制器比较与选取...................................273.2.1单片机控制....................................................283.2.2可编程控制器控制..............................................303.2.3运动控制卡控制................................................323.3底盘装置运动控制系统的设计.....................................333.3.1控制系统硬件设计..............................................333.3.2控制卡、步进驱动器、步进电机的接线............................413.4步进电机的工作过程.............................................423.5运动控制卡的控制过程...........................................423.6本章小结.......................................................434底盘驱动装置的软件设计与底盘测试.................................454.1软件设计的简单介绍.............................................454.2运动控制卡与驱动程序安装.......................................454.2.1硬件的安装....................................................454.2.2驱动程序的安装................................................454.3程序编写.......................................................474.4人机界面设计...................................................504.5系统的调试.....................................................514.6分析...........................................................524.7本章小结.......................................................535结论.............................................................55全文总结..........................................................55展望..............................................................56参考文献..........................................................57附录............................................................61作者攻读学位期间发表论文清单......................................63致谢..............................................................65VI 1绪论1绪论1.1三维编织技术的概述编织作为纺织行业中一个古老行业，起初被广泛应用于民用产品的制作。如今，编织技术已被广泛应用于各领域中对纺织复合材料预制件的制作。三维编织的概念是在二维编织技术的基础上提出来的，其目的就是为了克服二维编织织物结构中层与层机械性能较低的缺点，改善织物结构的整体机械性能，进而满足各个领域对编织复合[1-2]材料的需求。在纺织复合材料的成型技术中，三维编织成型技术与其它纺织复合材料成型技术有所不同。具体区别如表1-1所示：表1-1不同纺织复合材料成型方法的区别成型方法区别编织纱线由经纱系统与纬纱系统组成，且喂纱机织技术方向相互垂直针织技术圈套结构可以有轴纱，但不依赖于轴纱，纱线喂入方向编织技术为同一方向三维编织技术原理：“具有某种纤维或纤维束取向或排列的连续纤维在三维预制件的制备过程中，可将预制件在编织过程中纱线的排列方式抽象成纱线在单元立方体中的排列方式，从而将实现预制件所需的编织运动转换成纤维或纤维束断点在某一确[3]定平面上的运动与垂直与该平面运动的组合来完成。”图1-1所示为三维编织成型技术的基本形式：编织纱线按照一定的排列方式排列在编织底盘上，编织底盘按照特定的运动方式驱动编织纱线完成所需运动。图1-1三维编织成型技术的基本形式1 西安工程大学硕士学位论文具体编织过程为：首先，根据所要编织预制件的形状与尺寸，完成对编织纱线根数的选取以及在编织底盘上的排列方式；其次，将纱线一端悬挂在编织底盘上，另一端沿预制件成型方向悬挂在一起（如图1-1所示），编织底盘驱动装置驱动携纱器，携纱器带动编织纱线完成所需运动，这样就可使编织纱线在空间相互交织一起，继而完成预制件的编织。1.1.1纵横编织技术[4-5]纵横编织技术作为一种有效的三维编织方法，是通过底盘驱动装置驱动携纱器，携纱器带动编织纱线完成所需运动。Magnaweave在1982年首先完成了对编织机的发明，实现了纵横编织从概念到产品的飞跃。而该技术的研究高潮出现在20世纪80年代末与20世纪90年代初，包括在对编织工艺成型原理的探究、设备研发、预制件的结构和性能等方面的探究都取得相当大的进展。而在编织工艺方面的研究，主要以四步法编织工艺和二步法编织工艺为代表。[5]四步法编织也称为行列式编织，始于Florentine在1982其专利上所涉及的编织方法。具体的编织原理如图1-2所示：起始位置第一步第二步第三步第四步图1-2四步法编织工艺原理示意图对于四步法编织工艺所制备的预制件，其空间结构包含了四种倾斜分布的编织纱线（如图1-2(a)所示），人们称之为三维四向编织结构体。而预制件在实际编织的过程当中，还可以在所编织预制件的长度、宽度、厚度方向上加入编织纱线，以改变预制件在该方向的性能。如在长度方向上增加编织纱线的三维五向预制件结构体、在长度与宽度方向上增加编织纱线的三维六向预制件结构体和在长度、宽度与厚度方向上[6-8]增加编织纱线的三维七向预制件结构体，以此来改善预制件的整体性能。具体结构如图1-3所示：2 1绪论(a)三维四向预制件(b)三维五向预制件(c)三维六向预制件(d)三维七向预制件[6]图1-3三维编织结构[9]与四步法编织成型工艺相比，二步法编织成型工艺的发明较晚。杜邦公司的Popper和McConnell在1987年首先探究了二步法编织成型工艺，具体的编织原理如图1-4所示：（图1-4中黑实心圆点代表轴纱线，空心圆圈代表编织纱线）轴纱在编织过程中保持不动，按照所需预制件的形状排列在底盘上，并与预制件成型方向悬挂在一起，而编织纱线以一定规律的移动方式在轴纱之间运动。二步法编织工艺与四步法编织工艺相比较，其差别在于预制件的结构对轴向纱线的依赖性。第一步第二步图1-4二步法编织工艺原理示意图1.1.2回转角轮编织技术在回转角轮编织成型技术中，携纱器的运动方式与纵横编织技术完全不同，主要区别在于回转角轮编织技术主要依靠一种专用机构——角导轮，完成携纱器的驱动，实现携纱器在编织平面的编织运动。具体实现方法为：携纱器被安装在角导轮的缺口当中，带有携纱器的角导轮按照一定的方式排列在一起，当角导轮转动工作时，从而带动携纱器从一个角导轮运转到另一个角导轮上（如图1-5所示，黑色圆圈代表携纱3 西安工程大学硕士学位论文[10]器），这样就使携纱器带动编织纱线相互交织在一起，完成预制件的编织。该技术对于预制件的编织具有高速编织成形的优势，但受所能安装携纱器数量较小限制，从而使得该技术编织预制件的形状和尺寸受到一定限制。而行列式编织设备可避免上述回转角轮编织技术中的不足。图1-5回转角轮式编织原理示意图（美国3Tex）1.2新时期三维编织技术在我国各领域的应用在纺织复合材料成型技术中，三维编织技术具有其独特的优势，不仅在制作飞行器、汽车等各种异形预制件中应用广泛，而且在人造生物等方面也有广泛的应用，如人造骨骼、人造血管等的方面的应用。总而言之，三维编织技术在现代工业领域中的[11-13]应用有着非常重要的地位。1.2.1三维编织技术在制作承力梁上的应用运用三维编织技术制作的承力梁，如I型梁、T型梁、∏型梁的制作，具有可整体一次成型的特点，并可保证编织纱线在编织过程过中的均匀度，从而达到预制件在[11]外载荷作用下受力均匀的目的。图1-6就是三维编织技术在承力梁制作上的应用。1.2.2三维编织技术在异型预制件制作上的应用在异型接头的制作方面,传统的做法是采用金属材料加工而成，但金属比重较大，加工工艺复杂，因而越来越不能满足工业使用要求。而三维编织技术具有整体成型的特点，对异型预制件可进行整体编织，因此，运用三维编织成型技术所编织的复合材料可克服金属材料对异型接头制件制造所带来的缺点。与传统金属材料成型方法相比，三维编织技术对预制件的制作不需要后续加工,而且纤维贯穿整个接头。在预制[11]件性能和尺寸要求的基础上,可大大减轻预制件的重量（如图1-7三维编织复合材料异型接头所示）。1.2.3三维编织技术在制作高性能复合材料管件上的应用三维编织技术在制作管件上的应用，主要特点是各层之间的纤维相互交织，且可通过不同编织工艺，增加轴向纤维，实现混合编织，使所需预制件达到表面质量高、[11]机械性能最优的目的。图1-8就是部分管件预制件。4 1绪论1.2.4三维编织技术在人造生物组织方面的应用在人造生物组织方面，三维编织技术可对某些特定材料直接成型人造韧带、接骨板等，如图1-9所示为三维编织技术在人造生物组织材料上的应用。[11]图1-6三维编织技术在承力梁上的应用[11]图1-7三维编织技术在异形接头上的应用[12][13]图1-8管件预制件图1-9人造骨1.2.5三维编织技术在其他领域的应用三维编织技术除了在上述各领域中有所涉及之外，还在一些高精端领域有所应用，如在制造船身、飞机机翼、导弹壳以及汽车等方面都有所涉及，如图1-10所示：5 西安工程大学硕士学位论文[14]图1-10三维编织技术在宇航、轨道交通、船舶和汽车上的应用可以看出,运用三维编织技术所成型的复合材料可克服传统层合复合材料的一些致命缺点，且具有可直接成型各种异型预制件的优点,从而达到提高复合材料机械性能的目的，而且该技术在新时期的应用已经渗透到各工业领域中，随着该技术的不断[13]发展，其应用将会越来越广泛。1.3自动化三维编织设备的研究历程及现状三维编织设备的研究始于20世纪60年代后期。如今，有关设备研制方面国内[15]外都做了大量的工作。Bluck在1969年首先提出了高速斜织的编织方法。1971年GeneralElectric开发的“Omniweave”和1973年SocieteEuropeennedePropulsion开[16]发的“SCOUDID”代表了三维编织技术的又一次飞跃。随后，德国Maistre公司在1973年成功研制了可以编织4*2的三维编织物的全自动三维编织机。美国北卡罗来纳大学（NCU）在1989年成功研制了可以连续喂纱的四步法三维编织设备，该设备[17]的成功研制对三维预制件的编织效率有了明显的提升。随着三维编织技术的不断发展，如今已经出现了大量的三维编织设备，其中有代表性的是行列式编织设备与角轮式编织设备。如图1-11和图1-12所示。[18][18]图1-11行列式编织设备（天津工业大学）图1-12角轮式编织设备（美国3Tex）美国AtlanticResearch公司在1994年成功研制的圆形三维编织机可一次性挂纱6 1绪论14000根，如图1-13所示。但是，该该设备受到携纱器数量的限制，这对编织不同直径预制件是不可能实现的，因为不同直径预制件的编织需要改变携纱器的个数，为了[18]解决这个问题，美国3Tex公司独立研制了组合式三维编织机。如图1-14所示，可以连续编织截面为T形等预制件。与国外相比，我国对于三维编织设备的研制起步较晚。如今，主要以天津工业大学复合材料研究所为中心。如图1-15所示为天津工业大学所研制的计算机控制的方形三维编织机，该设备可以一次挂纱40000根，是当时国内最大、最先进的三维编织[18]设备。[18][18]图1-13三维圆形编织机图1-14组合式编织单元机（美国3Tex公司）[19][18]图1-15大型三维整体编织机图1-16三维异型编织机（德国Herzog公司）近期，德国Herzog公司设计的由多行与多列转子组成的三维异型编织机，可通过改变轴向编织纱线的纱线数目与调整参与编织纱线的数目达到改变预制件的几何形状。（如图1-16所示），为编织复杂形状预制件的研究做出了突出贡献。随着各工业领域的不断发展，尤其是在特殊领域，对于预制件的要求会越来越高，越来越苛刻，如生产大尺寸、复杂三维编织预制件时，现有技术还难以满足需求。如今，三维编织技术新近的研究热点主要集中在对三维织物的织物结构探究与编织成型7 西安工程大学硕士学位论文[19-20]工艺方面的探索。如今，有关三维编织设备的研制在许多国家仍然进行着，而在研制过程中所要解决的重点问题是：(1)编织纱线张力的精确控制；(2)底盘驱动装置的结构设计与实现；(3)不同预制件编织时，携纱器运动规律的自动控制；(4)如何增强编织设备的柔性，即就是同一台编织设备可完成不同形状预制件的编织；(5)对于异型预制件编织成型过程中的控制问题。1.4课题来源与研究意义1.4.1课题来源本课题来源于陕西省科学技术研究发展计划项目资金资助（项目编号：2013K07-20）1.4.2意义采用三维编织技术所编织的三维预制件与基体复合固化后，经过后续一系列成型[21-22]工艺就可形成三维编织复合材料。该材料有着传统复合材料没有的优点，如：三维编织复合材料在预制件的编织过程中纱线结构的可设计性、可实现对高性能纤维的[23-29]直接编织、所编织的预制件整体不分层。尤其是在航空航天领域，三维编织复合材料的应用对于降低飞行器的质量有着十分重要的作用。在船舶、建筑、交通等民用方面也都有所涉及。实际工业应用中，对于很多结构件，尤其是在编织异型筒制件或[30-32]有轴向纤维的筒形制件时，三维编织技术有着不可替代的地位。对于三维编织成型技术的研究，传统的手工编织技术，无法保证编织纱线在编织过程中的均匀性与连续性，且会在编织的过程中易损坏编织纱线。而自动化编织设备的最大优点就是在编织的过程中能够保护编织纤维不受到损害，从而保证预制件的整体性能，且自动化三维编织设备可提高三维预制件的编织效率。国外对三维编织设备的研发起步较早，如今已经实现了CAD/CAM系统的集成[33-34]。在世界国防科技竞争下，各国关于三维自动编织机核心技术严格保密，该类设备的相关技术资料受到严格的保护，很难直接接触到这些技术。而我国有关三维编织设备的研制起步较晚，现有的三维编织机虽能完成特定形状制件的编织，但编织机结构复杂、制造成本大和制件形状简单、品种少等缺点，严重限制我国三维编织技术的进一步发展。因此，有必要进行统一规划，逐步把三维编织设备的研制搞上去。本课题研究意义就在于研发出具有自主知识产权的三维编织设备，达到简化机构、减低成本的目的。并进一步研发出可以生产多种形状预制件的三维编织设备，形成三维编织设备的系列化和产业化。8 1绪论1.5本文研究的主要内容与创新点1.5.1本文研究的主要内容本论文主要针对四步法三维编织设备的底盘驱动装置所做的相应设计与研究，主要内容结构如图1-17所示：四步法三维编织机底盘驱动装置的研制四步法编织工底盘驱动装置底盘驱动装置的软件设计与结论绪论艺理论研究与控制系统设计底盘测试（第五章）(第一章)底盘结构设计（第三章）（第二章）（第四章）三三三课本四底实本控控底步运本软运程人系分本维维维题论步盘现章制制盘进动章件动序机统析章总展编编编研文法驱机小系器驱电控小设控的界调小结望织织织究研编动制结统的动机制结计制编面试结技技设意究织装概选装工卡的卡写的术术备义内工置念取置作控简与设的在的容艺结运过制单驱计概各研及理构动程过介动述方究创论设控程绍程面历新研计制序的程点究系安应及统装用现设状计四携四底底现床实实整单可运控控步盘有身现现体片编动硬驱步纱进步盘制制法器法运设底导行列转机程控系卡件动与计盘轨运运配控控制安程编运置编动统、织动织算准装的动动制制卡硬步装序换置设的的器控安原轨置法则件进迹换的计结结控制设电装理表研推不构构制机示计足设设究导、计计驱动器接线图1-17本论文结构框图(1)三维编织工艺的理论研究针对三维编织成型工艺，主要介绍了三维编织工艺中的二步法编织工艺与四步法编织工艺，并进一步通过数学中的置换理论推导出在三维四步法工艺中携纱器的运动过程，用数学公式阐述了四步法编织的运动过程。(2)三维模型的设计通过研究四步法三维编织的运动过程，根据四步法三维编织工艺的运动要求，设计并完成底盘驱动装置的机械结构设计。其次，利用三维软件（Pro/E）设计出底盘驱动装置的三维模型的整体装配图，以及各重要零部件的设计。(3)控制系统的设计底盘驱动装置的机械结构部分作为整个底盘装置的机架与执行机构，如何按要求驱动其执行机构，就是本文中所涉及的另一个研究内容。对于执行机构完成所需运动，通过对控制器的比较以及选取，本文采用“PC机+运动控制卡”的总体控制方案，进9 西安工程大学硕士学位论文而完成底盘装置的运动控制设计，使底盘驱动装置能够完成四步法三维编织。(4)控制软件的设计和开发基于上述控制系统的硬件设计，针对其完成相应的软件设计，具体实现方法为：在主机WindowsXP操作系统下，利用VisualC++编辑器完成软件部分的设计，以人机界面开发为最终目的，最终实现以软件设计中的参数设定与人机界面参数的输入共同完成对步进电机输出的各个参数进行控制，使动力元器件（步进电机）拖动机械本体按照所需要求完成四步法编织。(5)试验台的搭建在对底盘驱动装置三维模型建立的基础上，分析并完成对其各个零部件材料的选取以及零件加工，最终完成其样机的装配。(6)系统的调试完成上述工作之后，通过在所装配完成的样机上，进行调试，并进一步的优化整体系统。更改设计参数，完成底盘驱动系统的整体设计。1.5.2本文的创新点(1)在设计四步法三维编织机底盘驱动装置的过程中，提出了左右旋为一体的丝杠螺母作为传动系统的关键部件，从而达到了简化机构，降低成本的目的。(2)在运动控制系统的设计中，为了满足该底盘驱动装置后续的研发，运用了“PC机+运动控制卡”的控制方案，可充分利用该控制系统中强大的硬件，进行数据储存、运算以及各种信息的显示，最为重要的是方便于后续人机界面的设计。(3)在运动控制系统的设计中，采用“PC机+运动控制卡”的控制方案，可充分利用运动控制卡所提供的运动函数，从而避免底层程序的编写，提高了整体设计的效率。10 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计2.1四步法编织工艺理论研究2.1.1四步法编织原理根据预制件成型形状的不同，可将四步法三维编织设备分成圆形编织机与方形编[35]织机两大类型。本论文所做工作主要针对四步法编织设备里面的方形编织设备，其编织原理如图2-1所示：坐标定义为沿北向南为Y轴，沿西向东方向为X轴，每一个圆圈代表一个携纱器，箭头代表行或列移动的方向，首先，在初始位置，编织纱线被排列成矩形阵列（如图2-1(a)所示）。纱线编织时：第一步，第1、3两行的携纱器沿X轴负半轴移动一个携纱器的位置，第2、4两行的携纱器沿X轴正半轴移动一个携纱器的位置（如图2-1(b)所示）；第二步，第1、3、5、7四列的携纱器沿Y轴负半轴移动一个携纱器的位置，第2、4、6、8四列的携纱器沿Y轴正半轴移动一个携纱器的位置（如图2-1(c)所示）；第三步，第1、3两行的携纱器沿X轴正半轴移动一个携纱器的位置，第2、4两行的携纱器沿X轴负半轴移动一个携纱器的位置（如图2-1(d)所示）；第四步，第1、3、5、7四列的携纱器沿Y轴正半轴移动一个携纱器的位置，第2、4、6、8四列的携纱器沿Y轴负半轴移动一个携纱器的位置（如图2-1(e)所示），这样就完成了四步法编织运动的一个编织周期，对编织纱线进行多周期的编织即可完[36]成预制件的编织。（a：起始状态b：第一步c：第二步d：第三步e:第四步）图2-1四步法编织携纱器运动原理示意图在上述四步法编织原理示意图中，由于参与编织的纱线是4行8列，因此称该编织工艺为4×8模式（4代表行数，8代表列数）。又因为该模式中携纱器在行与列的方向上只移动了一个携纱器的距离，该移动方式称为1×1的编织式样。除此之外，我们还可以人为的设定1×3,2×2等编织式样（第一个数字代表携纱器在第一步与第11 西安工程大学硕士学位论文三步中移动的距离，第二个数代表携纱器在第二步与第四步中移动的距离），对于三维编织预制件来说，不同的编织式样就会造成不同的几何尺寸和结构性能。2.1.2携纱器运动轨迹的研究四步法编织工艺作为一种实现三维预制件的成型方法，是通过携纱器带动编织纱线在编织底盘上完成相互交错的往复直线运动，从而使编织纱线在空间相互交织在一[37-38]起，形成所编织的预制件。但就单个携纱器的运动规律来看，其运动轨迹如图2-1所示，图中每一个圆圈代表一个携纱器，箭头代表行或列移动的方向，按此方向每一次移动一个携纱器的距离。由于行与列的交错运动，使携纱器“A”与携纱器“B”的位置放生了改变，具体的变化过程如图2-1（b）（c）（d）（e）所示：随着一个编织周期的结束，可以看出，由初始位置到第一步编织完成，携纱器“A”左移一个携纱器的距离，携纱器“B”右移一个携纱器的距离；由第一步到第二步编织完成，携纱器“B”保持不动，携纱器“A”上移一个携纱器的距离；由第二步到第三步编织完成，携纱器“B”与携纱器“A”都左移一个携纱器的距离；由第三步到第四步编织完成，携纱器“B”下移一个携纱器的距离，携纱器“A”上移一个携纱器的距离。随着一个编织周期的结束，可以看出携纱器“A”与携纱器“B”从初始位置到达如图2-1（e）所示的位置。可以证明，编织周期数目S与编织底盘的行数、列数有以下关系：s4(mnmn)/g(2-1)[39-40]其中，m、n分别代表行数与列数，g为m与n的最大公约数2.1.3步进与置换从广义的理解上可知：现实生活中的现象往往可以运用集合与集合的映射来表达，而且这种表达方式比较容易理解。置换定义：设集合A中含有n个元素，如A{aa......}a。若集合A变换一定是12na的异议变换（即自身到自身的单满映射），则叫做集合A的置换。i置换乘积：两个n元素置换和的乘积定义为：()ii(())，对于乘121221积，定义为先作用后作用，而在具体的书写过程中，也可写成.12121212轮换：若aaaaaaaa在集合A中，若以上述方式完成元12233441素之间的置换，则称该置换为轮换。轮换不相交：若在元素的轮换之间没有任何一个共同元素，则称这两个轮换是不相交的。针对与四步法编织成型工艺，可抽象出一个有限集合，并在这个集合上建立起元素之间一对一的对应关系，即置换成立。12 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计2.1.4四步法编织工艺的置换推导根据步进与置换原理及推论可知，可用一个有限集合F来描述编织底盘中的携纱器所排列的方格阵，集合F中的元素就代表了方格阵中的每一个方格，这样就把对编织工艺过程转换成集合F之间元素的置换，实现运用数学公式表达出编织工艺的运动[41]过程。1111ff0,10,2f1,0f1,1f1,2f1,31111f2,0f2,1f2,2f2,3ff3,13,2(a)编织图（b）集合F图2-2四步法编织工艺抽象原理图针对于四步法编织工艺的置换及推导，本文采用2×2编织式样的四步法编织，即就是主体编织纱线是两行两列（编织图如图2-2（a）所示）。根据上述原理，可完成对其编织图所排列的方格阵抽象为集合F，编织图中的每一个方格都可在集合F中找到所抽象为具体的元素（如图2-2（b）所示），为了便于理解，集合F中的所有元素可写成fij的形式，i代表编织图中的行坐标，j代表编织图中的列坐标，依次完成从左到右、从上到下的升序排列。从而完成对2×2四步法编织模式的抽象，可表达为：11H(2-2)11定义纵向运动为四步法编织运动的第一步，设定纵向第一行第一列的运动步长为“+1”，那么编织纱线主体阵的第一列全部向下运动一个携纱器的位移，而在集合F中，将导致：ffffffff(2-3)0,11,11,12,12,13,13,10,1设定纵向第一行第二列的运动步长为“-1”，那么编织纱线主体阵的第二列全部向上运动一个携纱器的位移，而在集合F中，将导致：ffffffff(2-4)3,22,22,21,21,20,20,23,2而辅助编织纱线在方格阵中的携纱器在纵向运动时保持不变，即就是：ffffffff(2-5)1,01,02,02,01,31,32,32,3利用置换理论可完成第一步纵向运动的集合P为：113 西安工程大学硕士学位论文ff1,02,00,11,12,13,13,22,21,20,21,32,3ffffffffffP(2-6)1ffffffffffff1,02,01,12,13,10,12,21,20,23,21,32,3对于公式(2-5)，第3-6列元素的对应式为公式(2-2)的变换；第7-10列元素的对应式为公式(2-3)的变换，第1列与第2列和第11列与第12列为公式(2-4)的变换。同理：对于编织图所对应集合的横向阵中的第一列（即就是四步法编织中的第二步）完成的横向运动集合P为：211P2ffff1,01,11,21,3f2,02,12,22,3fff(2-7)从集合P可以看出，对于每次置换后的元素依据列向升序排列，其幂指数就是对2应的横向阵中第一列所对应的步长。因此，看以得出四步法编织中第三步与第四步所完成运动集合P与P的表达式：3411P3ffff0,11,12,13,1f0,21,22,23,2fff(2-8)11P4ffff1,01,11,21,3f2,02,12,22,3fff(2-9)从公示(2-5)、(2-6)、(2-7)与(2-8)中看以看出，纵向运动阵中第一行第三列的步长为“—1”，对于主体编织纱线的主体阵中第二列的元素将全部向上运动一个携纱器的位移，这将导致集合F变换为：bPPPP12341111ffff0,11,12,13,1f0,21,2ff2,23,2fffff1,01,11,21,3f2,0f2,32,2ff2,3(2-10)”1111ffff0,11,12,13,1f0,21,2ff2,23,2fffff1,01,11,21,3f2,0f2,32,2ff2,3ff0,12,33,21,0fffff1,12,12,2f1,2f3,1f0,2f2,0f1,32.1.5底盘运动算法表示由文中前面对四步法三维编织工艺理论的推导可以将三维编织运动的编织构成描述为元素在阵列中的位置置换。对于m×n三维编织式样，由主体编织纱线数目与辅助编织纱线数目所组成的方格阵为(mn2)(2)，即就是说对于m×n三维编织式样，携纱器的数量应该为(mn2)(2)。在四步法编织的初始状态，所抽象出来集合*中的某一确定元素在网格的位置为P，定义每一步的运动用算子用H表示，则整个k编织运动可以被描述成：*PHH...H()p(2-11)01l1*上式(2-11)中P代表经过j（列运动）步后，携纱器在底盘平面所形成网格中的具体位置，经过简单的证明：携纱器运动离开初始位置后，会经过l步后，又重新返回到初始位置（其中存在最小的l）。14 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计由于四步法三维编织工艺的行向运动与列向运动不相干，也就是说在运动过程中相互独立，因此每一步的运动算子H可表示为：KHABk=0,1,2，„，n(2-12)kkk式(2-12)中，A代表行运动第k步的运动算子，B代表列运动第k步的运动算子kk由于行运动与列运动相互独立，因此可进一步的对行运动与列运动的运动算子表达为：A......(2-13)kok1kik(m1)kB......(2-14)kok1kik(m1)k式(2-13)与(2-14)中，代表了第k步第i行的运动算子，代表了第k步第j列ikjk的运动算子。ikxy,,xuikyifyi(2-15)ikxy,,xyifyi(2-16)jkxy,,xyvjkifxj(2-17)ikxy,,xyifxj(2-18)式(2-15)、(2-16)、(2-17)、(2-18)中，携纱器的具体位置可由一确定二维坐标(,)xy表示，u代表第k步运动时，第i行的运动位移，v代表第k步运动时，第j列的运动ikjk位移。运用置换理论，三维四步法编织工艺可理解为集合之间元素的置换，由此可知，三维四步法编织模式与携纱器之间运动的相互关系。只要确定了编织模式，由其所抽象出来的集合便是唯一的。也就是说，集合中的所有元素与其元素之间的置换便是唯一确定的，在编织模式不变的情况下，携纱器的运动轨迹及其位置便可通过运算确定[41]。对于三维编织工艺理论的探究，不仅在四步法成型工艺上，文献3《三维矩形编织规律的研究》一文中除了对四步法成型工艺的研究说明之外，运用置换理论还对八步法成型工艺进行了理论推导。不管是四步法成型工艺还是八步法成型工艺，在编织运动过程中，对于携纱器的运动轨迹都可抽象为集合之间元素的置换，然后依据轮换理论，将其写成轮换幂的形式，而幂指数就是其相应运动的步长。2.2四步法底盘驱装置的结构设计根据四步法三维编织机对携纱器的运动要求，利用三维软件（Pro/ENGINGEER）设计出编织底盘的三维模型。Pro/ENGINGEER是由美国PTC公司推出，自1988年问世以来，该软件不断发展和完善，目前已经成为世界上最为普及的CAD/CAM/CAE软件之一。该软件集零件设计、模具开发、运动分析、数控编程等众多功能为一体，已经被广泛的应用在机械设计、制造、工业工程等相关行业。15 西安工程大学硕士学位论文该软件具有以下几大特点：参数化设计：三维软件Pro/ENGINGEER在建立3D模型时，有关该模型的任何尺寸在该软件中都被处理成可变参数，当该模型需要修改时，设计人员只要修改这些可变的参数，所需模型便会自动生成，而且设计人员可建立可变参数之间的对应关系，这样就可达到减少人工改图与一些不必要的时间，继而提高建模的效率。特征建模：Pro/ENGINGEER以特征作为建立实体模型的基础，设计人员通过建立壳、倒角以及圆角特征，并给定这些特征合理的参数即可以建立3D实体模型。单一数据库：Pro/ENGINGEER具有单一的数据库，该特征使得设计人员在建模的过程中，只要修改任一参数，就会使得整个模型受到影响。3D实体模型：Pro/ENGINGEER三维软件具有实体建模能力，在此基础上，可实现对所设计零件的数控加工所需程序的制作，也可对所建模型进行有限元分析，并在3D模型装配图中完成各个零件是否干涉的检查。本文采用Pro/ENGINGEER三维软件设计底盘驱动装置的3D模型，主要目的就是设计出能够实现携纱器完成四步法编织工艺的驱动底盘，达到简化机构，降低制造成本。2.2.1编织底盘的设计准则编织底盘的作用就是实现携纱器进行两个相互垂直方向的往复运动，其设计可以[42]有两种形式。第一种形式是在整块床身上开有两个相互垂直方向的倒T形槽，其优点是运动量小，从而能耗小。第二种形式是把编织底盘划分成若干滑条，每一个滑条上具有许多与滑条长度方向垂直的短槽，载纱器在短槽内，滑条与短槽相互垂直，其优点是增减滑条的数目即可以改变床身的大小，以适应不同纱线根数的三维编织[43]。但是在设计编织底盘时，存在着编织底盘的尺寸与三维织物尺寸之间的对应关系问题。对于四步法的三维编织，在主体部分k根纱线的某边长度可由公式WK21(2-19)k（W是无量纲化的编织物边长，K是编织物某边上主体部分的纱线根数）计算，k所需要的槽数为（k2），因此在该方向所要求的编织底盘的长度为MSk(2)(2-20)kd（M是被纱线直径无量纲化的编织底盘的宽度，S是那个方向编织底盘中相邻kd两槽之间的、被纱线直径无量纲化的中心距离）。所以，编织底盘与三维编织物宽度之比为：Mk2keSS（其中取决于k的系数）(2-21)ddWk21k16 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计从公式(2-21)可计算出：当k30时，的值受k值得影响较大；当k30时，值受k影响较小；当k值继续增加，值几乎不受k值影响，最后接近于0.71。通常，编织底盘的某边的槽数大于40，值在0.71到0.73之间。只要有了S值和k值，即d可求得编织底盘宽度与三维编织物宽度之间的关系。因此，要想获得最小的e值，就必须尽可能的减小S，而S的值受携纱器尺寸大小的控制。因此在底盘设设计上必dd[44-46]须兼顾携纱器的设计。2.2.2现有底盘装置及不足作为三维编织设备关键部件的底盘驱动装置，其主要目的就是驱动携纱器完成所需的运动，携纱器继而带动编织纱线，完成预制件的编织。底盘驱动装置的结构主要有两种形式，一种是如第一章中图1-7所示的回转角轮结构，一种是如第一章中图1-6所示的行列结构。角导轮驱动装置与行列式驱动装置驱动携纱器完成的运动方式完全不同，行列式底盘驱动装置驱动携纱器在底盘平面做往复直线的交错运动，而角导轮式驱动装置驱动携纱器在底盘平面完成圆周运动。回转角轮驱动方式采用有缺口的角导轮，携纱器被安装在角导轮的缺口中，角导轮与角导轮按照一定的方式排列，当角导轮转动时，带动携纱器从一个角导轮的缺口中被运转到另外一个角导轮的缺口中，这样就可以完成预制件的编织。行列式底盘驱动装置的携纱器被安装在专门设计的轨道槽中，而装有携纱器的轨道槽之间按照特定的方式排列在一起，轨道槽与轨道槽之间的相对运动与携纱器在轨道槽内的相互运动，组成四步法运动所需的相互交错的往复直线运动，继而完成对预制件的编织。1）现有底盘装置正如文献47《AUTOMATED3-DBRAIDINGMACHINE》中提到的底盘装置，如图2-3所示：可以看出在该行列结构的编织底盘的驱动采用的“凸轮”结构，而行和列之间的驱动转化采用斜齿轮完成，从而完成四步法编织。文献48《DEVELOPMENTOFGENERALIZED3-DBRAIDINGMACHINESFORCOMPOSITEPREFORMS》中提到的底盘装置如图2-4和图2-5所示：从原理图与其实物图中看以看出，该底盘的设计也是行列式结构，为了完成底盘的驱动，该设计采用了气缸完成，从而完成预制件的四步法编织。2）存在的不足实现携纱器完成四步法编织运动，图2-3中采用了类似于汽车发动机里面的曲轴来完成的。在底盘的四个方向都安装了专门设计的曲轴。在行的方向，通过带有圆锥齿轮的轴来驱动行方向的运动，在列的方向，也是采用相同的方式完成携纱器的运动，17 西安工程大学硕士学位论文然后分别采用动力元器件驱动两个方向上带有圆锥齿轮的轴，实现携纱器的四步法运动。此种设计方案主要有以下不足：底盘整体结构较为笨拙，就装配而言比较困难；必须设计专用的曲轴，加工难度较大；此方案的设计只能完成单一编织式样，不灵活，从而影响后期编织过程中编织式样的变化。图2-4和图2-5的编织底盘中，每行（列）都采用液压缸来完成四步法运动，使整行（列）的携纱器整体装配在配有液压缸的机械装置上，从而完成携纱器的四步法运动。此种设计较上面的设计方案，虽然简化底盘的装置机构，但是以后续控制系统较为复杂为代价，而且普适性不强、制造成本较大。[47]图2-3四步法底盘装置18 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计[48]图2-4编织底盘原理图[48]图2-5编织底盘实物2.2.3床身导轨的设计床身导轨的作用主要是实现携纱器在两个相互垂直方向的交错往复直线运动，现有的床身导轨主要有两种形式，一种是移动式；一种是固定式。如图2-6所示：本文设计的床身导轨采用图2-6(a)所示的若干滑条组成，每个滑条上具有许多开口的短槽，槽的方向与滑条的长度方向垂直，携纱器在槽内移动，而滑条的下部在长度方向开有通长的长槽，因此长槽与短槽相互垂直。19 西安工程大学硕士学位论文(a)固定式床身导轨(b)移动式床身导轨[49]图2-6床身导轨两相邻的短槽中心距离就是携纱器的列距，导轨与导轨之间有1-2mm的间隔，既可防止相互之间的摩擦，又可以不干涉携纱器的运动。此种设计的最大优点就是增减滑条数目即可改变床身的大小，适应不同纱线根数的三维编织，比较灵活。再者，此种[49]设计可以有效地防止携纱器窜入相邻的轨道槽内。如图2-7所示：为床身导轨的模型设计结构示意图；图2-8为所做床身导轨实物图。图2-7床身导轨结构图2-8床身导轨实物图2.2.4实现行运动的结构设计行运动的驱动方式（如图2-9所示）采用机械底盘2来实现：机械底盘2与床身导轨1通过键连接，使得机械底盘2的直线往复运动转化成床身导轨1的直线往复运动。这样就可以用两个机械底盘2分别驱动偶数行与奇数行的床身导轨，继而驱动偶数行与奇数行携纱器的往复直线运动。20 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计1-床身导轨，2-机械底盘，3-丝杠，4-承力杆图2-9行运动结构A向示意图沿着床身导轨的方向为X轴，床身导轨的移动主要靠与导轨刚性连接的带有凸台的机械底盘来驱动，如图2-10(a)所示：机械底盘的移动主要靠与它螺纹连接的丝杠，丝杠的驱动可用用步进电机来控制，步进电机的正反转就可以通过螺纹副转化成行运动的往复直线运动。装配图如图2-10(b,c)所示：床身导轨每次运动的距离为携纱器尺寸的整倍数。带有携纱器的导轨在丝杠方向上可实现携纱器在行方向的运动，图2-11是所装配的实物图。(a)(b)(c)(d)图2-10行（X轴）运动结构图21 西安工程大学硕士学位论文图2-11行运动实物装配图2.2.5实现列运动的结构设计列运动的驱动方式（如图2-12所示）采用推杆机构10，11来实现：推杆机构10、11与机械底盘7、4采用刚性链接，这样机械底盘7、4的直线往复运动就会转化成推杆机构10,11的直线往复运动；通过改变其在空间上的位置，可对偶数列与奇数列进行同步控制，继而达到对携纱器列运动的控制。1-丝杠1#，2-承力杆1#，3-步进电机3#，4-机械底盘1#，5-丝杠2#，6-承力杆2#，7-机械底盘2#，7-机械底盘2#，8-步进电机4#，9-床身导轨，10-推杆机构1#。11-推杆机构2#图2-12列运动结构示意图上述结构设计虽能解决携纱器的列向运动，但其自身设计结构在后续的装配工作中存在多处不便，因此在上述基础上，进一步的优化其结构设计。如图2-13所示：Y轴运动主要靠推杆机构来执行。六个杆件与底座刚性连接，而底座的移动是靠螺纹副连接的丝杠进行。而步进电机的转动可以驱动丝杠的转动，实现机构的直线往复运动。Y轴运动的机械装配如图2-13所示：这样就可以使携纱器在床身导轨的短槽中完成携纱器的列方向运动，此运动的行程应是床身导轨厚度的整数倍。图2-14为列运动22 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计实物装配图；图2-13列（Y轴）运动的结构图图2-14列运动执行机构实物图2.2.6整体装配结构底盘驱动装置的整体装配图主要包括：推杆机构、床身导轨、机架与传动系统。如图2-15所示：为底盘驱动装置的三维模型示意图23 西安工程大学硕士学位论文图2-15底盘驱动装置的三维模型示意图图2-16为编织底盘的前视图与俯视图，携纱器在底盘平面通过推杆与床身导轨的相互交错运动，完成编织所需的运动。推杆与床身导轨是通过步进电机驱动，使用者可以给据需要完成对步进转速与转向的控制，进而通过推杆与床身导轨完成预制件的编织。1-机架2-床身导轨3-丝杠1#4-丝杠2#5-丝杠3#6-推杆1#7-推杆2#8-推杆3#9-推杆4#图2-16底盘装置2.3实现机制如图2-16示：丝杠1#完成携纱器行方向的交错运动，丝杠2#与丝杠3#协同完成24 2四步法编织工艺理论研究与底盘结构设计携纱器列方向的交错运动。具体编织步骤如下：第一步：丝杠1#左旋与右旋上的丝杠螺母分别驱动偶数行与奇数行上的携纱器，并使其达到预定位置后步进电机1#停止转动，这样步进电机1#驱动丝杠1#完成行的交错运动；第二步：在列的方向上，丝杠2#与丝杠3#同时只能单独完成奇数列（或偶数列）单排携纱器的推动，因此丝杠2#驱动的推杆1#、推杆2#与丝杠3#驱动的推杆4#、推杆3#需协同完成列的交错运动。具体实施如下：丝杠2#左旋与右旋上的丝杠螺母分别驱动推杆1#与推杆2#、丝杠3#左旋与右旋上的丝杠螺母分别驱动推杆4#与推杆3#，推杆1#与推杆3#协同完成奇数列上携纱器的运动，同时推杆2#与推杆4#协同完成偶数列上携纱器的运动，携纱器达到预定位置后，步进电机2#与3#停止转动，这样步进电机2#驱动丝杠2#与步进电机3#驱动丝杠3#协同完成列的交错运动；第三步：步进电机1#的转向与第一步相反，使携纱器达到预定位置后，步进电机1#停止；第四步：步进电机2#与3#的转向与第二步相反，使携纱器到达预定位置后，步进电机2#与3#停止。至此，就完成了一个编织周期。该传动系统采用左右旋为一体的丝杠螺母（如图2-17示），当步进电机旋转时，右旋与左旋上面的丝杠螺母就会相向运动，运用这种机构，实现行或列的交错运动，进而实现携纱器的四步法编织，具体的传动方案如图2-18示。图2-17左右旋为一体的丝杠（3-D模型）丝杠螺母丝杠螺母步进电机联轴器（右旋）（左旋）机架图2-18底盘传动系统2.4本章小结：本章首先对三维编织工艺中的四步法编织工艺进行了详尽的阐述，并且用数学知识对其运动过程进行了推理。对现有文献中所涉及的底盘驱动装置进行了简要概述，并且指出其不足，在前人的工作基础上，设计出一套既可以完成四步法运动的底盘驱动装置，又可以达到简化机构，降低成本的目的。25 西安工程大学硕士学位论文本章所做工作的主要目的是实现论文后续章节控制系统中所控制的机械本体的设计，以四步法编织原理为基础，完成设计出一套可让携纱器实现四步法运动的底盘驱动装置。包括床身导轨的设计、驱动行（列）的机构以及最终的整体装配。并且对其实施机制做了详尽的概述。文中以三维软件(PRO/E)进行了三维模型的建立，并在设计基础上完成机械结构的优化。利用了左右旋为一体的丝杠螺母机构进行传动，这样的设计可以改进使步进电机的使用个数减少，而且方便装配，而且在优化方案中推杆的设计直接穿过床身导轨线面的安装方法，改进成分别安装在列方向的两边，其目的就是为了便于安装和拆卸。26 3底盘驱动装置控制系统设计3底盘驱动装置控制系统设计3.1运动控制系统概念以电动机作为原动机的驱动系统被称为电力拖动系统，其主要任务是实现电能到机械能的转化，以便完成对各种机械构件的启动、停止、调节速度等任务。而运动控制系统的目的就是实现对电动机的合理使用，并且可按照人们的期望完成所需的运动，使被电动机驱动的机械装置按照人们预先设定的路径来运行。国际运动工程协会对运动控制系统的定义为：用一个有效可控制的力，实现对电机以及电机系统的有效[50]运动，在该系统中，驱动方式可以使气动驱动、液压驱动等其它形式的驱动。对机械装置实现精确的位置、速度、加速度等物理量以及这些物理量的综合控制就是运动控制系统所要解决的问题。运动控制系统主要由三部分组成：控制装置、电动机以及被电动机所驱动的机械本体。在控制装置里包括有，控制器、功率变换器以及传感器等电器元器件组成，传感器的主要任务就是完成对该控制系统的电流、电压等物理量的输入输出控制，因此控制装置相当于人类的大脑，对该控制系统发出命令以及完成对各种信息的检测与反馈。而电动机的主要任务就是实现电能到机械能的转化，配合控制装置完成对机械本体的运动控制，实现对各种机械装置，按照人们所需的要求进行运动，以便满足在各[51]工业领域中对生产工艺的需要。人们对控制系统的分类主要有两大类：一类是调速系统，主要任务就是控制运动系统中电动机的转速；二是位置伺服系统，主要任务就是在控制运动系统中实现对各[51]种工作机械的位移控制，其中包括角位移与直线位移。不管是调速系统还是位置伺服系统，一个完整的运动控制系统其控制对象往往是电动机及电动机所拖动的机械本体，在该系统中以控制装置作为核心部件，以传感器的反馈信息为依据，借助于电力电子功率变换装置在控制理论的指导下实现电气各传动功能的完整系统，其结构框图如图3-1所示：+功率放大与变换+控制器控制对象装置--信号处理传感器图3-1控制系统结构原理图本论文底盘驱动装置的控制系统框图如图3-2所示：操作界面主机控制器驱动器电机机械装置图3-2运动控制系统原理图3.2运动控制系统控制器比较与选取步进电动机作为一种特殊电动机，需要专用的步进电机驱动器才能完成驱动，步27 西安工程大学硕士学位论文进电机驱动器的主要构成如图3-3图所示：环形分配器信号放大器推动器功率放大器保护图3-3步进电机驱动器构成原理示意图在图3-3中，环形分配器的主要任务就是接收来自控制器的脉冲信号并以特定的方式转化成步进电机所需要的信号，该信号经过放大器的放大处理，即可完成对步进[52]电动机的拖动。在上述步进电机驱动组成结构示意图看以看出，环形分配器结构来自控制器的脉冲，而常用的控制器通常包括：单片机、可编程控制器、运动控制卡。3.2.1单片机控制步进电机的单片机控制系统，需要利用单片机的三条输入输出线，即可完成对步进电动机控制系统的硬件设计，如图3-4所示：P1.0AP1.0AAP1.1BAP1.1B步进B步进P1.2CB电机P1.2C电机C驱动C单片机驱动单片机电路电路图3-4单片机控制原理框图在单片机P1.0、P1.1、P1.2的三个端口可按照一定的步序输出脉冲信号，驱动电路接收该脉冲信号并完成信号的放大，从驱动电路的三个输出端口完成信号的输出，即可完成对步进电动机的实时控制。具体实施方法如下：当P1.0口输出低电平时，步进电动机的A相绕组通电，反之，则A相绕组断电。同理，步进电动机的B，C两相绕组的工作方式与A相绕组相同，这样就可完成步进电动机所需要的控制编码状态，如AABBBCCCAA，该编码状态以数字形式被储存在单片机的存储器中，形成一张状态表格，如表3-1所示：28 3底盘驱动装置控制系统设计表3-1六拍工作方式表相序通电状态输出信号1A0FEH2AB0FCH3B0FDH4BC0F9H5C0FBH6CA0FAH下面以实现正余弦步进控制的8细分方式为例，编写中断与正反转程序：ORG000BHLJMPTIMEROMOTAB:DB0CCH,0DBH,0AEH,9FH,8FH,1FH,2FH,3DHDB4CH,5BH,6AH,79H,78H,71H,62H,53HDB44H,35H,26H,17H,07H,97H,0A6H,0B5HDB0C4H,0D3H,0E2H,0F1H,0F0H,0F9H,0EAH,0DBHMTB:DB0E2H,0A1H,5DH,0A6H,0A2H,0AAH,0B2H,0AEH,91H,0B2HDB41H,0B6H,0C4H,0B9H,1CH,0BDH,4GH,0C0H,40H,0C3H„„；定时器0的中断子程序TIMERO:PUSHACCPUSHDPHPUSHDPLPUSHPSW；保护现场CLRTRO；停止定时器MOVE,MV；读取指令频率指针MOVDPTR,#MTBMOVCA,@A+DPTR；读取定时器0初值低8位MOVTLO,AINCDPTRMOVA,MVMOVCA,@A+DPTRMOVTH0，ASETBETO；开定时器0中断SETBTRO；重新启动定时器0MOVA,XMOSPMOVDPTR,#MOTABMOVCA,@A+DPTR；读取当前节拍控制指令MOVP0，A；驱动步进电机29 西安工程大学硕士学位论文POPPSWPOPDPLPOPDPHPOPACC；恢复现场RETI；控制电机正反转子程序FXSTEP:MOVA,XMOSPINCA；正转一步，加一ANLA,#1FH；三+二拍循环MOVXMOSP,ARETBXSTEP:MOV,XMOSPDECA；反转一步，减一ANLA,#0FH；三+二拍循环MOVXMOS,ARET该方案通过单片机软件编程可实现对步进电机的控制，而且可与外围电路有机组[54-55]合，可增强系统的交互性。3.2.2可编程控制器控制可编程控制器（PLC）作为一种工业计算机，已被广泛应用到了各行各业。可编程控制器对步进电机的控制系统，其本质是PLC对步进电机驱动器进行的实时控制[56]，其控制原理示意图如图3-5所示，Q0.0CPQ0.0CPA1A1Q0.1DIRQ0.1DIRQ1.2EN步A2Q1.2EN进步A2步进电进电步机进机电B1电机驱机B1动驱b2可编程控制器器动b2可（编P程LC控）制器器（PLC）图3-5PLC控制步进电机原理示意图本论文以西门子S7-200型号的PLC完成对步进电机实现控制为例，其中Q0.0可以输出脉宽可调的高速脉冲，与步进电机驱动器的CP端口连接，给步进电机提供脉冲信号；步进电机驱动器的DIR和EN端口可连接在PLC的普通端口上，下面以上述控制器实现对步进电机的正反转。首先，PLC端口功能分配表如表3-2与表3-3所示：30 3底盘驱动装置控制系统设计表3-2PLCI/O分配表设备—信号地址CPQ0.0DIRQ1.0ENQ1.1表3-3PLC部分SM功能表SM地址功能SMB67Q0.0输出高速脉冲的状态控制位SMW68Q0.0输出高速脉冲的脉冲周期SMW70Q0.0输出高速方波脉冲的状态控制位SMD72Q0.0输出高速脉宽可调脉冲的脉冲宽度程序设计如下：步进电机正转程序如图3-6所示；网络1的功能：主要是检测步进电机是否满足已设定的条件。网络2的功能：若步进电机满足转固定角度条件，则设置SMB67（状态控制位）、SMW68（脉冲周期）、SMD72（PTO脉冲个数），同时使用PLS指令使Q0.0高速脉冲。网络1M0.0Q1.0P（R）Q1.1（S）网络2M0.0MOV_BPENENO16#BDINOUTSMB67MOV_WENENOVW100INOUTSMW68MOV_DWENENOVD102INOUTSMD72PLSENENO0INOUT图3-6PLC控制步进电机正转程序图步进电机反转程序如图3-7所示；网络1的功能：主要是检测步进电机是否满足已设定的条件。网络2的功能：若步进电机满足连续运转条件，则设置使用PLS指令使Q0.0输出高速脉冲。设置脉冲周期时基为1ms，并刷新脉冲周期和脉冲宽度。31 西安工程大学硕士学位论文网络1M0.1Q0.1P(S)网络2M0.1MOV_BPENENO16#CBINOUTSMB67MOV_WENENOVW200INOUTSMW68MOV_DWENENOVD202INOUTSMD70PLSENENO0Q0.XOUT图3-7PLC控制步进电机反转程序图在上述PLC实现对步进电机的控制系统中，完成对PLC的程序编写，在程序中预定好的脉冲输出个数与脉冲输出频率，从而实现对步进电机的转速与角位移量的控[56]制，进而实现对所拖动的机械本体实施正确的控制。但是该控制方式受到PLC的扫描周期的限制，相应的频率只能达到几百赫兹，因此，步进电机很难在高频下工作，[57]无法实现高速控制，当所需步进电机速度较高时，PLC作为控制器将会无法实现。3.2.3运动控制卡控制步进电机的运动控制卡控制系统，其最大的优点就是集成了大量的硬件与其自身所携带的一些软件程序。运动控制卡自带的存储器中含有大量对步进电机控制所需的[58]各种速度、位置函数。如在DMC1380运动控制卡中，封装了常用函数，如函数：DWORDd1000_board_init(void)主要实现控制卡系统资源的分配，并实现对运动控制卡的初始化。DWORDd1000_board_close(void)主要实现控制卡的关闭以及释放系统资源等一系列可直接调用的函数，与单片机、PLC作为控制器相比，运用控制卡作为控制器可以避免底层程序的编写，提高程序编写效率。而且运用运动控制卡控制步进电机，可借助PC机+运动控制卡的控制系统中强大的硬件设备，对后续软件设计以及人机界面设计有很大的帮助，表3-4是各控制器的优缺点32 3底盘驱动装置控制系统设计表3-4不同控制器的优缺点控制器类别优点缺点程序的编写需要完成大量的单片机控制价格便宜底层程序，增加控制人员的劳动强度通用性好、实用性强、编程简运动控制系统的运动精度受可编程控制器控制单易学和可靠性高其自身工作方式的限制依托于庞大的硬件，可为后续相比于单片机、PLC价格偏运动控制卡控制人机界面的设计提供有力的贵支持，且控制精度较高结论：对于运动控制系统控制器的选取，通过综合比较，本论文采用运动控制卡作为运动控制系统的控制器。3.3底盘装置运动控制系统的设计本论文的底盘装置运动控制系统的设计基于“PC机+运动控制卡”的控制方式，控制系统原理图如图3-8所示：DM856步进驱动器电机DMC主1380DM856步进运驱动器电机机动控制卡DM856步进驱动器电机图3-8编织底盘控制系统构成图3.3.1控制系统硬件设计（1）计算机本课题采用DMC1380运动控制卡作为控制器，而该运动控制卡的应用需借用计算机，这样既可组成“PC机+运动控制卡”的总体控制方案，作为计算机的选用，一般的台式机就可以满足要求。计算机庞大的储存数据能力可以方便处理来自底盘设备的各种信号，集中分析，根据数据处理结构，按照事先编写好的程序发出相应的指令，从而达到控制整个系统的目的。既满足了对信息处理的高速化，还可为后续人机界面[58-59]设计提供很大的帮助。（2）DMC1380运动控制卡[60]在本课题中，DMC1380运动控制卡是产生脉冲，产生的脉冲通过外接线板直接33 西安工程大学硕士学位论文与步进电机驱动器连接，而DMC1380运动控制卡即插即用，人们可直接在PC机环境下，利用VC++6.0编辑器实现对步进电机控制的软件编程，编程过程中，由于DMC1380运动控制卡里面封装有所需要的运动函数，因此，避免了编程人员对底层语言的编写，提高的编程的效率，更为重要的是，依托于PC机+运动控制卡的控制方案，借助其强大的硬件条件，可简单方便的设计出所需人机界面。如图3-9所示为DMC1380运动控制卡实物图：[60]图3-9DCM1380运动控制卡实物图DMC1380运动控制卡采用专业的PCI总线脉冲式控制卡，其特征如下：(1)3轴伺服/步进电机控制(2)32位PCI总线，即插即用(3)每轴最大输出脉冲频率1.2MHz(4)位置控制、速度控制两种模式(5)实现多轴直线插补可用软件完成规格如表3-5所示：表3-5DMC1380运动控制卡规格项目名称规格控制轴数3轴最大脉冲频率1.2MHz位置脉冲设置范围24位输出脉冲信号的类型差分信号；单端信号脉冲信号模式脉冲/方向；双脉冲控制方式位置控制、速度控制速度曲线梯形工作温度0℃——50℃储存温度-20℃——80℃湿度5—85%.非结露插槽电源（输入）±5VDC(5%),最大900mA外部电源（数入）±2—24DC(5%),最大500mAPC机可最多插入运动控制卡数目15块DMC1380运动控制卡提供了多种运动控制功能，其中包括：位置控制、速度控制、软件直线插补运动控制功能。34 3底盘驱动装置控制系统设计位置控制是最基本的控制方式，就是从当前位置运动到另一个位置，一般称为点位运动或定长运动、设置加/减速度以及起始速度和最大速度等参数后执行位移控制指令，DMC1380运动控制卡按照事先编写好的程序要求，完成对步进电机驱动器信号指令的发送，驱动器完成信号的接收，继而完成对脉冲指令的输出，当输出脉冲数[53]目等于指令脉冲数目时，DMC1380运动控制卡将停止输出脉冲。作为驱动器的接收信号，DMC1380运动控制卡可以输出的脉冲信号类型为脉冲+方向的形式（单脉冲）。单脉冲模式输出信号如图3-10所示：PULDIR正向反向图3-10单脉冲模式输出信号在图3-10中所述的脉冲输出模式中，脉冲信号可以是上升沿有效，也可以是下降沿有效。当输出模式为上升沿时，信号的常态为低电平，当信号从低电平变为高电平时，该信号有效；当输出模式为下降沿有效时，脉冲信号的输出常态为高电平，当信号从高电平变为低电平时，该信号有效。两种信号输出原理如图3-11所示：Pls_outmode=0PULn-DIRn-(+)(-)Pls_outmode=1PULn-DIRn-(+)(-)图3-11高、低电平单脉冲模式输出信号DMC1380硬件方面提供了3轴的脉冲和方向控制信号接口，可以通过设定J2---J7跳线来设定指令脉冲为差分输出或单端两种电路，本文采用差分方式指令脉冲。具体接线原理图如图3-12所示。图3-12采用差分方式接线图35 西安工程大学硕士学位论文DMC1380运动控制卡含有一个8位的拨码开关S1，如图3-13所示：可以通过设置通用数字输出口的初始电平以及限位信号的有效电平。S1的1-4位主要作用就是设置输出信号的初始电平，“OFF”时，输出电平为高电平，反之为低电平。5-7位用于设置限位限号的初始电平，而这必须装有位置传感器，用以检查物体移动的位移。在该模式下，PLUn-端口输出脉冲指令，脉冲指令的个数控制着电动机所拖动的机械本体运动的距离，脉冲指令的频率控制由DIRn-端口[60]输出信号控制。图3-138位的拨码开关（3）驱动器[60]DM856驱动器是低噪声数字式步进电机驱动器，内部集成了参数自动功能，可根据不同电机自动生成最优运行参数，使步进电机的各项性能指标都达到最优化，用户可根据需要，参照表3-6、表3-7、表3-8所示设置该驱动器；[53]表3-6DM856驱动器功能说明驱动器说明操作说明由拨码开关的后三位来设定该驱动器的微细分数，如图3-14与表3-8微步细分数设定所示，人们可按照需求来完成细分设置驱动器的输出电流由拨码开关的前三位来设置，如图3-14与表3-7所输出电流设定示。通过SW4设定驱动器的自动半流功能。Off表示静态电流设为动态电自动半流功能流的一半。On表示静态电流与动态电流相同，一般采用off，这样降低电机和驱动器的发热，提高可靠性。脉冲信号的正端与负端由PUL+和PUL-端口控制，方向信号控制端口信号接口为DIR+和DIR-，使能信号控制端口为ENA+和ENA-。电动机A相绕组的正负端与驱动器的A+与A-端口相接，电动机B相电机接口绕组的正负端与驱动器的B+和B-端口相接，对换两相绕组的接线，可使电动机反转。电源接口采用直流电源供电，建议使用范围是20——70VDC驱动器带有两个指示灯。绿灯为电源指示灯，红灯为故障指示灯。当指示灯完成对驱动器故障的排查，驱动器必须重新启动电源才能正常使用。驱动器外形尺寸为：118X75.5X33mm，安装孔距为112mm。安装时，安装说明为了便于驱动器散热，应是驱动器紧贴在金属机箱上。36 3底盘驱动装置控制系统设计工作电流设定微步细分设定SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8半流/全流模式设定图3-14拨码开关设定示意图[53]表3-7微步细分设定步数/转SW5SW6SW7SW8DefaultONONONON400OFFONONON800ONOFFONON1600OFFOFFONON3200ONONOFFON6400OFFONOFFON12800ONOFFOFFON25600OFFOFFOFFON1000ONONONOFF2000OFFONONOFF4000ONOFFONOFF5000OFFOFFONOFF8000ONONOFFOFF10000OFFONOFFOFF20000ONOFFOFFOFF25000OFFOFFOFFOFF[53]表3-8工作电流设定峰值电流参考电流SW1SW2SW3DefaultOFFOFFOFF2.1A1.5AONOFFOFF2.7A1.9AOFFONOFF3.2A2.3AONONOFF3.8A2.7AOFFOFFON4.3A3.1AONOFFON4.9A3.5AOFFONON5.6A4.0AONONON针对本课题的设计，拨码开关参数设计如图3-15所示：即就是步进电机的工作电流为4.3A，转数为1600转。图3-15驱动器拨码开关参数的设定图如图3-16所示是所采用驱动器的实物图：37 西安工程大学硕士学位论文[60]图3-16DM856驱动器驱动器的工作方式：脉冲电流方向电压图3-17驱动器工作方式示意图运动控制卡、步进电机驱动器、步进电机组成的运动控制系统的硬件，运动控制器接受来自运动控制卡的脉冲信号，经由步进电机驱动器送给步进电机，以驱动步进电机完成运动，而人们可以根据自己的需求完成上位机，也就是对运动控制卡的软件[59-60]编程，从而达到对步进电机运动控制的要求（如图3-17所示）。（4）步进电机步进电动机是将电脉冲信号转化为机械角位移或线位移的元器件，步进电动机每接收一个脉冲信号，就完成一个固定角度的转向，继而拖动机械本体移动一定的位移。与其它电动机相比，步进电动机具有精度高、不会有误差累积的特点。对于控制器发过来的每一个脉冲信号，步进电机在驱动器的推动下运转了一个固定的角度。而电动机的角位移由脉冲信号的个数控制，电动机的转速由脉冲频率控制。本文采用雷塞公[60]司生产的86HS45型步进电机，如图3-18所示为86HS45步进电机实物图。[60]图3-1886HS45步进电机具体特性规格如下表3-9所示：38 3底盘驱动装置控制系统设计表3-986HS45型步进电机的特性及规格项目名称规格相数二相静扭矩4.5NM步距角1.8度引线数8条相电流串联3.0A并联5.9A电阻0.8欧姆电感3.5MH长度79.5MM转子惯量1400G.CM2重量2.3KG步距精度±5%（整步、空载）温升80℃Max环境温度-10℃----+50℃绝缘电阻100MΩmin.500VDC耐压500VACforoneminute径相跳动0.06Max.（450g-load）轴向跳动0.08Max.（450g-load）由于负载具有惯性，因此，步进电机不可能在瞬间达到人们要求的速度。而对于步进电机在启动或停止时，应该具体一定的加速度（如图3-19所示为速度随时间的变化图），本课题所选用的步进电机驱动器可自行根据负载情况，设定优化加速度的参数。速度自动减速运行速度脉冲停止输出起始速度时间图3-19梯形速度曲线图对于步进电机的驱动方式，常用的有三种，即单相激磁控制、二相激磁控制、半[61]步激磁控制。单相激磁控制就是电动机的每一步转动只有一个线圈被激磁，该方法控制最为简单，比较省电，但是转矩较小，震动大，阻尼效果较差。如图3-20所示为单4拍激磁控制的工作时序图：39 西安工程大学硕士学位论文CLOCKPC0APC1BPC2APC3B图3-20单4拍激磁控制时序图将其工作时序加以分析，以数字信号来做控制，脉冲驱动以如表3-10所列举的数据实现脉冲驱动，也就是说依次送出控制数字信号1-2-4-8，则电机正向转一步。若送出控制数值8-4-2-1，则电机完成反转一周。表3-10单4拍脉冲驱动数据B7B6B5B4B3B2B1B0数字输出值000000011000000102000001004000010008二相激磁控制方式的时序图如图3-21所示，可看出每一步运转时有两相线圈被激磁，因此该方式的耗电量是单相激磁控制的两倍，但是可以通过该方式提步进电机的阻尼效果，表3-11为双4拍脉冲驱动数据。CLOCKPC0APC1BPC2APC3B图3-21双4拍激磁控制时序图表3-11双4拍脉冲驱动数据B7B6B5B4B3B2B1B0数字输出值0000100190000001130000011060000110012单双激磁控制方式就是单向激磁与二相激磁的混合使用，耗电量介于单相激磁与二相激磁之间，精度为单相激磁控制方式的一半。其工作时序图如图3-22所示；表3-12为单双拍控制的脉冲数据。40 3底盘驱动装置控制系统设计CLOCKPC0APC1BPC2APC3B图3-22单双激磁控制时序图表3-12单双拍脉冲驱动数据B7B6B5B4B3B2B1B0数字输出值00000001100000011300000010200000110600000100400001100120000100080000100193.3.2控制卡、步进驱动器、步进电机的接线DMC1380运动控制卡与驱动器、步进电机的所组成的控制系统主要是产生脉冲和方向信号，来控制步进电机按照人们的需求进行运动。如图3-23所示：外接线板上的PUL(+/-)、DIR（+/-）与驱动器上的PUL(+/-)、DIR（+/-）对应连接。外接线板需要一个24V的直流电源，而驱动器根据所选的步进电机也要选择合适的直流电源，以驱动步进电机正常运转。PUL(+/-)是脉冲信号，控制电机的转数与角位移，DIR（+/-）是方向信号，控制电机的转向。PULX+PULX+PULX-PULX-DIRX+DIRX+DMCDIRX-DIRX-1380DM856运动驱控制动卡器VDDDC24VEXGND红/蓝A+步进黄/黑A-电电机白/棕B+源橙/绿B-图3-23运动控制卡、驱动器、步进电机的连接结构图41 西安工程大学硕士学位论文具体实物连接如图3-24所示：图3-24运动控制卡、步进电机、驱动器连接实物3.4步进电机的工作过程第一步：步进电机1#的左旋与右旋带动丝杠螺母转动，分别驱动偶数行与奇数行的床身导轨，从而带动上面的携纱器，并使其达到预定位置后步进电机1#停止转动，这样步进电机1#驱动丝杠1#完成行的交错运动；第二步：步进电机2#的左旋与右旋带动丝杠螺母转动，分别驱动推杆1#与推杆2#、步进电机3#的左旋与右旋带动丝杠螺母转动，分别驱动推杆4#与推杆3#，推杆1#与推杆4#协同完成奇数列上携纱器的运动，同时推杆2#与推杆3#协同完成偶数列上携纱器的运动，携纱器达到预定位置后，步进电机2#与3#停止转动，这样步进电机2#驱动丝杠2#与步进电机3#驱动丝杠3#协同完成列的交错运动；第三步：步进电机1#的转向与第一步相反，使携纱器达到预定位置后，步进电机1#停止；第四步：步进电机2#与3#的转向与第二步相反，使携纱器到达预定位置后，步进电机2#与3#停止。这样，就完成了一个编织周期。3.5运动控制卡的控制过程三维编织机底盘驱动装置控制系统采用“PC机+运动控制卡”的方案，来实现三维编织预制件的自动化生产。DCM1380运动控制卡作为本课题运动控制系统的控制器，其主要作用就是发送脉冲，而与PC机组成的主从式控制结构，在PC机硬件的支持下，利用VC++6.0编辑器完成程序的编写，在编写过程中，可以直接调用DMC1380运动控制卡的函数，主要包括初始化函数、定长函数，继而完成三个步进电机正反向运转各项参数的设置。42 3底盘驱动装置控制系统设计3.6本章小结针对本论文前面章节中对底盘驱动装置机械结构的设计，本章节的主要任务是：完成所设计底盘驱动装置机械结构部分相对应的控制系统设计。具体的实现方法为：首先，对运动控制系统的概念做了简要概述，主要完成了三维编织机底盘驱动装置的控制系统硬件的设计，详细介绍了底盘驱动装置控制系中对控制器的比较与选取。其次，运用“DMC1380运动控制卡+PC机”的总体运动控制方案，对DMC1380运动控制卡的参数以及工作方式做了进一步的阐述，使之可以满足底盘运动的要求，并且为满足底盘运动控制系统的要求，对步进电机的工作过程做了详尽的介绍。最后，详细说明了DMC1380运动控制卡、步进电机、步进驱动器的接线方法。本章通过对底盘驱动装置控制系统的设计，主要为后续软件编程的实现做好硬件平台的准备。43 西安工程大学硕士学位论文44 4底盘驱动装置的软件设计与底盘测试4底盘驱动装置的软件设计与底盘测试4.1软件设计的简单介绍本文所设计的控制系统是基于“PC机+运动控制卡”的上位机控制系统，所选用的运动控制卡是选自雷塞公司生产的三轴独立运动控制卡——DMC1380，其用户开发系统是基于C++、VisualBasic等语言编辑器，本文使用的是VC++6.0编辑器完成上位机程序的设计。该软件具有可视化开发环境的优点，集程序编写、编译、调试等为一体，加上AFX小组为VisualC++6.0精心打造的MFC（MicrosoftFoundationClass，微软基础类库）类库，使得该软件成为程序编写的最优选择。最为重要的是，该软[62]件向编程人员提供了大量的向导窗口，利用该优点可方便的生成程序工程框架。本课题在保证硬件正确安装，配置好接口和接线的基础上，进行软件的设计，才能够实现控制三维编织机的底盘驱动装置，以方便操作人员对底盘驱动装置的操控。软件的设计主要完成电机控制的程序编写与上位机人机界面的设计。4.2运动控制卡与驱动程序安装4.2.1硬件的安装DMC1380运动控制卡的安装与普通PCI卡（如网卡、声卡）的安装方式相同，具体操作步骤如下：(1)参照使用说明，按照需求，完成跳线开关、拨码开关的参数设置；(2)关闭计算机与计算机相关联的所有设备；(3)操作人员带好防静电手套，完全释放掉身上静电，选择靠近CPU的卡槽，插入DMC1380运动控制卡；(4)用紧固件固定运动控制于计算机的机箱中。4.2.2驱动程序的安装本论文基于WindowsXP操作系统，完成对DMC1380运动控制卡驱动程序的安装，具体操作步骤如下：(1)在确保运动控制卡正确安装的条件下，期待启动计算机，进入到计算机的操作系统，系统会自动提示有新硬件发现，并弹出安装导向，如图4-1所示：此时，不要完成该界面的任何操作，进行第二步。(2)将DMC1380运动控制卡所提供的光盘放入光驱，打开“inf_winxp”文件，双击regist2K.bat文件，系统弹出计算机的DOS系统界面（如图4-2所示），自动完成有关运动控制卡的注册信息。(3)返回到图1中，选择“从列表或指定位置安装（高级）（S）”，点击“下一步”，出现“硬件更新向导”窗口45 西安工程大学硕士学位论文图4-1硬件安装导向图4-2注册运动控制卡相关信息(4)在“硬件向导窗口”对话栏中，选择“在这些位置中搜索最佳驱动程序”且勾选“在搜索中包括这个位置”，点击“浏览”(5)弹出“浏览文件夹”的窗口，选择“inf_winxp”单击“确定”，显示界面如图4-3所示，点击“完成”图4-3完成DMC1380安装(6)打开设备管理器，如图4-4所示，在“LeisaiController”选项下可看到46 4底盘驱动装置的软件设计与底盘测试DMC1380的驱动程序与相关注册信息，至此，所安装的运动控制卡就可正常使用。图4-4正确安装驱动程序后的设备信息4.3程序编写本论文将底盘驱动装置(如图4-7所示)的横向定定义为东西方向，将纵向定义为南北方向，携纱器按照规律排列在底盘平面上，由步进电机拖动机械本体实现携纱器的驱动，但在携纱器驱动的过程中，由四步法编织原理可知，底盘平面中的携纱器在四个方向上的运动不是同步的，即就是东西方向的携纱器运动时，南北方向的携纱器不动；反之亦然。具体编织步骤如下：第一步：丝杠1#左旋与右旋上的丝杠螺母分别驱动偶数行与奇数行上的携纱器，并使其达到预定位置后步进电机1#停止转动，这样步进电机1#驱动丝杠1#完成行的交错运动；第二步：丝杠2#左旋与右旋上的丝杠螺母分别驱动推杆1#与推杆2#、丝杠3#左旋与右旋上的丝杠螺母分别驱动推杆4#与推杆3#，推杆1#与推杆4#协同完成奇数列上携纱器的运动，同时推杆2#与推杆3#协同完成偶数列上携纱器的运动，携纱器达到预定位置后，步进电机2#与3#停止转动，这样步进电机2#驱动丝杠2#与步进电机3#驱动丝杠3#协同完成列的交错运动；第三步：步进电机1#的转向与第一步相反，使携纱器达到预定位置后，步进电机1#停止；第四步：步进电机2#与3#的转向与第二步相反，使携纱器到达预定位置后，步进电机2#与3#停止。这样，就完成了一个编织周期。在程序编写的开始，首先启动计算机并且对运动控制卡进行初始化，然后进行参数的设置，点击运行按钮，进行四步法运动。程序编写的具体流程图如图4-5所示：47 西安工程大学硕士学位论文启动初始化设置参数（速度、周期数目）步进电机1#正转驱动携纱完成第一步器达到预定位置后停止编织步进电机2#与3#正转驱动完成第二步携纱器达到预定位置后停编织否止步进电机1#反转驱动携纱完成第三步器达到预定位置后停止编织步进电机2#与3#反转驱动完成第四步携纱器达到预定位置后停编织止是否完成设定的周期数是编织结束图4-5控制系统流程图利用运动控制卡所提供的函数来使步进电机完成人们所需的运动。包括对运动控制卡与步进电机的初始化操作，电机脉冲、转向、循环周期的设置、以及停车设计。软件的设计主要完成步进电机转速与方向的编程，并进一步完成人机界面的设计。本文采用VC++6.0软件编辑器完成上位机的编程工作。利用运动控制卡所提供的函数来完成电机所需运动的程序设计，包括对运动控制卡与步进电机的初始化操作，电机脉冲、转向、循环周期的设置、以及停车设计。使用函数d1000_board_init()与d1000_get_axis_status()可对运动控制卡与步进电机进行初始化操作，具体设计如下：intnCard(0)；48 4底盘驱动装置的软件设计与底盘测试CStringstr_card,str_axis；//定义变量//nCard=d1000_board_init()；//初始化控制卡为控制卡分配系统资源//intaxisnum=0；//检查轴数//if(d1000_get_axis_status(0)>0){axisnum++;}//轴数加一//If(d1000_get_axis_status(1)>0){axisnum++；}//轴数加一//If(d1000_get_axis_status(2)>0){axisnum++;}//轴数加一//if(nCard<=0)//控制卡初始化//{MessageBox("未检测到控制卡!","警告")；axisnum=0；}//不存在控制//str_card.Format("卡数=%d",nCard);MessageBox(str_card)；str_axis.Format("轴数=%d",axisnum)；使用函数d1000_start_t_move(shortaxis,longDist,longStrVel,longMaxVel,doubleTacc)可对电机脉冲、转向、循环周期进行操作，具体设计如下：d1000_start_t_move(0,10000,theApp.get_speed-500,theApp.get_speed,1)；//定义步进电机1#运行的各个参数，顺时针转250圈即就是推动携纱器移动的距离，加速度时间为1秒//while(d1000_check_done(0)==0)；//检查步进电机1#是否完成转动//d1000_immediate_stop(0)；//步进电机1#停止工作//d1000_start_t_move(1,10000,theApp.get_speed-500,theApp.get_speed,1)；//定义步进电机2#运行的各个参数，顺时针转250圈即就是推动携纱器移动的距离，加速度时间为1秒//d1000_start_t_move(2,10000,theApp.get_speed-500,theApp.get_speed,1)；//定义步进电机3#运行的各个参数，顺时针转250圈即就是推动携纱器移动的距离，加速度时间为1秒//while(d1000_check_done(1)==0&&d1000_check_done(2)==0)；//检查步进电机2#、3#是否完成转动//d1000_immediate_stop(1)；//步进电机2#停止工作//d1000_immediate_stop(2)；//步进电机3#停止工作//d1000_start_t_move(0,-10000,theApp.get_speed-500,theApp.get_speed,1)；//定义步进电机1#运行的各个参数，逆时针针转250圈即就是推动携纱器移动的距离，加49 西安工程大学硕士学位论文速度时间为1秒//while(d1000_check_done(0)==0);//步进电机1#完成转动//d1000_immediate_stop(0);//步进电机1#停止工作//d1000_start_t_move(1,-10000,theApp.get_speed-500,theApp.get_speed,1);//定义步进电机2#运行的各个参数，逆时针转250圈即就是推动携纱器移动的距离，加速度时间为1秒//d1000_start_t_move(2,-10000,theApp.get_speed-500,theApp.get_speed,1);//定义步进电机3#运行的各个参数，逆时针转250圈即就是推动携纱器移动的距离，加速度时间为1秒//while(d1000_check_done(1)==0&&d1000_check_done(2)==0);//检查步进电机2#、3#是否完成转动//d1000_immediate_stop(1);//步进电机2#停止工作//d1000_immediate_stop(2);//步进电机3#停止工作//theApp.get_init++;使用函数d1000_board_close()可对运动控制卡进行关闭操作，方法如下：d1000_board_close();//关闭控制卡，释放系统资源//CDialog::OnCancel();4.4人机界面设计人机界面（HumanComputerInterface，简称HCI）也被称为用户界面，是通过特定手段对用户界面进行有目的，有计划的一种创新设计。主要内容包括说三方面：软件构成的接口问题；设计模块和其它类别的信息的界面设计；设计人和计算机间的界面。随着计算机科学技术的不断发，人机界面设计已经成为以研究用户及其与计算机的关系为特征的主流学科之一。已被广泛的应用到人——机——环境系统工程等领域，使工程技术设计人员与使用者的行为特点相适应，从而让人达到高效、舒适地工作与生活的目的。针对于本论文的需求，以实现底盘驱动装置自动化控制为目的，人机界面的设计需完成对底盘驱动装置中三台步进电机的实时控制，其主要的参数就是步进电机的轴速与总共需要完成的编织周期。具体的设计如图4-6所示：该界面可以完成控制卡以及步进电机的初始化，设置转数与编织的周期数目，与实现四步法三维编织工艺的底盘装置可共同完成四步法三维编织。50 4底盘驱动装置的软件设计与底盘测试图4-6人机界面设计图4.5系统的调试本文从三维编织驱动装置的三维模型设计、控制系统方案设计到最终实物的搭建与装配，最终在自行搭建的试验平台（如附图1）做最终的系统调试以及其试验报告。具体内容如下：工具：组装、拆装工具，十字起子，剥线钳，绝缘胶布、活动扳手，内六角扳手等。试验原理：试验利用试验台（图4-7）与控制系统原理框图（图4-8），经过多次测试数据验证本实验的性能参数，即就是测试试验台在多次周期运动下，移动距离是否准确。实验步骤:确定试验安装试验台设置试验参数采集实验数据试验结果分析注意事项：(1)熟悉步进电机的性能参数以及使用方法，正确使用；(2)搭建试验台时应该选择合适的垫板、支撑座、联轴器、调整好试验台的安装精度；(3)搭建好试验台，用手动驱动电机轴，如果装置运转灵活，便可以接通电源，否则应该仔细检查并分析造成运动干涉的原因，重新转配知道运转灵活；(4)启动电动机，进入系统调试状态；(5)结束调试，关闭电源。51 西安工程大学硕士学位论文1-机架2-床身导轨3-丝杠1#4-丝杠2#5-丝杠3#6-推杆1#7-推杆2#8-推杆3#9-推杆4#图4-7底盘装置DM856步进丝杠1#驱动床身导轨驱动器电机DMC主1380运DM856步进丝杠2#驱动器电机机动控制驱动推杆卡DM856步进丝杠3#驱动器电机图4-8编织底盘控制系统原理框图4.6分析所搭建试验台主要目的就是使携纱器完成从底盘平面中的一个位置移动到另一位置，由于携纱器的移动位移是由床身导轨和推杆驱动，也就是说，只要床身导轨和推杆所移动的位移量满足要求，携纱器就能完成预制件的编织。因此，本实验台主要就是测试床身导轨以及推杆的运动距离，主要测试数据如表4-1所示：52 4底盘驱动装置的软件设计与底盘测试表4-1试验台测试数据步进电机转数理论位移量床身导轨位移量推杆位移量备注（PPS/S）（mm）（mm）（mm）300010094.595有强烈振动250010095.596.1振动20001009797振动150010098.298.5微小振动10001009999.4无振动50010099.299.5无振动从上表测试数据可看出：当电动机的输入脉冲数目小于1500时，床身导轨位移量与推杆位移量的精度较高，而且振动较小，可满足期望。当电动机的输入脉冲数目大于2000时，由于试验台有较强的振动，导致床身导轨与推杆的位移有较大的误差。当输入脉冲数目较大时，电机转数快，引起试验台振动是因为底盘装置底座支架较轻，若想在提高效率的同时减少振动，可以换其他刚度教的材料作为支架。4.7本章小结本章在机械本体设计与控制系统硬件设计的基础上，完成最终的软件设计与调试，具体的实现方法为：首先简单介绍软件的设计概念，然后利用VC++6.0编辑器与DMC1380运动控制卡所提供的运动函数完成程序的编写，最终实现步进电机可控性的目的，驱动机械本体并且按照底盘驱动装置对步进电机的运动要求完成人机界面的设计，利用该人机界面可以完成参数设置，使底盘按照人们的需求完成携纱器的四步法运动。最后，装配所有元器件并且对底盘驱动装置进行整体调试，得出底盘驱动装置中步进电机在高于1500转速时会有振动，针对振动问题，可以增加底盘机架重量，已达到减小振动的目的。53 西安工程大学硕士学位论文54 5结论5结论全文总结本文主要针对四步法三维编织成型工艺，设计出可以使携纱器完成所需运动的底盘驱动装置，主要内容包括底盘驱动装置机械结构设计、底盘驱动装置控制系统设计以及在控制系统硬件设计的基础上完成相应的软件设计与可实现简单操作的人机界面设计并且完成实物的制作。具体内容如下：(1)完成了对四步法三维编织工艺的理论研究，运用数学知识——置换理论推导出三维四步法编织工艺过程中携纱器的运动过程，从本质上理解四步法三维编织技术的运动过程；(2)完成底盘装置设计准则的研究，利用三维软件（PRO/E）对底盘的机械结构完成三维模型的设计，该模型中采用的左右旋为一体的丝杠螺母作为该装置的传动部件，从而减少了零部件的使用；(3)完成了该底盘驱动装置的驱动系统，运用“DMC1380运动控制卡+PC机”的运动控制方案，以此减少后续软件开发中对底层语言的编程，提高控制系统的设计效率；(4)用VC++6.0编辑器完成其上位机的人机界面设计，可以方便有效的通过该人机界面对步进电机进行实时控制；(5)在以上工作内容的基础上，完成样机各零部件的加工，以及实现对底盘驱动装置的整体装配；(6)完成最终样机的调试，并且进行了进一步的优化设计，更改参数，完成底盘驱动系统的整体设计。由于客观条件与自身能力等因素的限制，在上述所做工作内容的基础上，还待进一步改善的方面有：(1)从实物装配的角度上考虑，还需进一步优化机械结构，提高零件的加工精度以及减小实物的装配误差；(2)在现有底盘的基础上，完成对其控制系统的进一步优化，实现整机的闭环控制系统设计，以达到提高控制系统自身精度的要求以及实现对底盘驱动装置的实施检测；(3)从三维编织设备的整机概念出发，如何在现有设计的基础上，设计出满足此底盘的携纱器、夹头装置以及整机的整体控制的设计问题；(4)从软件设计的方面着手，如何实现在预制件编织的过程中实现实时的检测功能、编织式样的改变等问题，使人机界面的功能更加智能化；在设计的过程中，较好的了解了从模型的建立到控制系统的设计、硬件构成以及55 西安工程大学硕士学位论文与软件系统的集成，增加了对机电产品工程领域的感性认知。根据整个底盘驱动装置的装配以及最终的测试，可初步满足预期的设定目标。展望本论文所做工作的主要内容是实现四步法三维编织机底盘驱动装置的研制，以三维四步法编织原理为基础，从三维模型的建立到运动控制系统的设计再到人机界面的设计，完成了四步法编织底盘装置的概念设计。最后，在概念设计的基础上，完成整个底盘装置的零件加工、装配，到最后的系统调试。但本课题的最终目的是为了实现异型预制件编织的三维编织设备研发。因此，有必要从课题最终目的为出发点，在现有工作的基础上，完成对该论文所做工作的进一步展望以及如何在现有底盘装置上实现异型预制件编织的一些想法。(1)以实现对异型预制件进行编织为最终目的，从异型预制件成型工艺为出发点，现有底盘驱动装置实现整行、整列减纱的方法为手动操作，这样就会降低异型预制件的编织效率。因此，本文设想在底盘装配方式中，对其床身导轨的固定采用周边固定，而不是现有的内部固定，从而达到可自动完成整行、整列减纱的目的，最终完成异型预制件的编织；(2)现有底盘驱动装置的驱动方式采用丝杠螺母传动，该传动方案易实现控制精度的要求，但该传动方式速度较慢。对此，本文设想可否利用凸轮装置实现携纱器的驱动，与丝杠螺母相比，该驱动方式可实现携纱器的瞬时驱动，从而提高编织效率；(3)在普通携纱器的基础上，可否设计出具有可实现自动增减纱线的携纱器，这样，就可以使得异型预制件的编织成型方法不依赖于底盘驱动装置在编织过程中的变换，可直接在纱线编织的过程中完成对编织纱线的自动增减纱线，从而实现异型预制件的编织；(4)从该课题最终目来说，实现异型预制件的编织，可否利用其它编织工艺实现编织，是所有在三维编织成型设备研制方面的工作人员应该探究的问题。作者认为，完成三维编织工艺里面的二步法编织工艺、八步法编织工艺、多层连锁编织工艺的编织设备研制，对研究异型预制件的编织会有帮助。或者，不拘泥于上述所述单一编织成型工艺，是否可组合运用，是一个值得探究的问题。本文研制的三维编织底盘驱动装置作为三维编织设备的核心部件，还需要大量的优秀人才在日后的研究以及设计过程中进一步的去进行结构上的优化，以便达到人们的需要。随着机械电子工业的不断发展，本次的底盘装置设计不管是机械部件还是控制系统都会有不断的更新，实现机电产品的各个硬（软）件的最佳组合，使得整体系统的柔性更强，是日后工作人员的重点。56 参考文献参考文献[1]周凤飞.三维纺织技术发展现状[J].产业用纺织品,1996,3(3):13-16+3.[2]胡芳.三维编织技术新进展[J].非织造布,2013,10(5):94-98.[3]李毓陵.三维矩形编织规律的研究[D].上海:东华大学,2004.[4]YasuiY,HoriF,AmanoMetal.MethodandApparatusforProductionofAThree-dimensionalFabric:US5772821[P].1998.[5]丁辛.纵横步进法编织三维预型件[J].国际纺织导报,2000,2(1):62-65.[6]李嘉禄.三维编织技术和三维编织复合材料[J].新材料产业,2010,1(1):46-49.[7]LiW,HammadMA.StructuralAnalysisof3-DBraidedPreformsforCompositesPartI:TheFour-stepPreforms[J].JournaloftheTextileInstitute,1990,81:491-514.[8]BrunoPS,KeithDO,VicarioAA.AutomaticallyWovenThreeDimensionalCompositeStructures[Z].SAMPEQuarterly,1986,(17):10-16.[9]陈利,李嘉禄,李学明.三维编织中纱线的运动规律分析[J].复合材料学报,2002,4(2):71-74.[10]道德锟,吴以心,李兴国.立体织物与复合材料[M].中国纺织大学出版社,1997.[11]李嘉禄.用于结构件的三维编织复合材料[J].航天返回与遥感,2007,6(2),53-58.[12]李嘉禄.三维编织复合材料的研究和应用[A].第12届全国复合材料学术会议[C],2002.[13]朱民儒.三维纺织复合材料的结构特点和应用[J].产业用纺织品,2002,6(6)1-4.[14]陈利.三维纺织技术在航空航天领域的应用[J].航空制造技术,2008,(4):47-49.[15]EDReese,APMajidi,RBPipes.FrictionandwearbehavioroffiberFP/aluminumcomposites.JournalofReinforcedPlasticandComposites,1988,7(11):500-514.[16]W.A.Douglass.BraidingandbraidingMachinery[M].CcntrexPublishing,1964.[17]D.Brunnschwciler.BraidsandBraiding.JournaloftheTextileInstitute,1953,44:666-686.[18]陈利,孙颖,马明.高性能纤维预成形体的研究进展[J].中国材料进展,2012,10(10):24-33.[19]刘振国.高性能复合材料管件制作工艺的比较及三维编织技术的应用[J].材料工程,2009,11(11):112-117.[20]肖红波,王钧,杨小利.RTM成型三维织造复合材料的应用[J].国外建筑科技,2006,2(1):8-12.[21]Kadir.Bilisik.Three-dimensionalbraidingforcomposites[Z].DepartmentofTextileEngineeringTextileResearchJournal,2013,83(13),1414-1436.[22]董孚允,王春敏,董娟.三维纺织复合材料的发展和应用[J].纤维复合材料,2001,9(3)：37-40.57 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西安工程大学硕士学位论文60 附录附录附图1三维编织设备底盘驱动装置实物图注：该驱动装置的主要尺寸有，长=2768cm、宽=1200cm、高=1545cm。通过步进电机的驱动执行机构，完成携纱器在编织底盘平面的交错往复运动，进而完成预制件的编织，可以同时放置144个携纱器进行编织。61 西安工程大学硕士学位论文62 作者攻读学位期间发表论文清单作者攻读学位期间发表论文清单发表论文：1.杨超群、王俊勃、李宗迎、董红坤、贺辛亥，三维编织技术发展现状及展望，棉纺织技术，2014（7）:1~5；2.杨超群、王俊勃、李宗迎、贺辛亥、王灼建，基于四步法三维编织机底盘驱动装置的设计，上海纺织科技，已录用3.杨超群、贺辛亥、王俊勃、郑占阳、李宗迎、四步法三维编织机底盘装置的设计与研究，纺织器材，已录用4.李宗迎、贺辛亥、杨超群、郑占阳、郭杰赞、王俊勃，基于减纱技术的三维编织携纱器的设计，纺织器材，2014(6):469~4715.李宗迎、贺辛亥、杨超群、郭杰赞、郑占阳、王俊勃，一种新型三维编织机携纱器的结构设计，上海纺织科技，已录用6.张雄斌、贺辛亥、李宗迎、杨超群、宋宇宽、王俊勃、崔云浩.二氧化锡气敏材料改性研究进展[J].硅酸盐通报,2014,(33):7基金项目：本论文受到陕西省科学技术研究发展计划项目资金资助（项目编号：2013K07-20）攻读学位期间参与项目：1.西安工程大学博士科研启动基金项目，项目编号：BS1302.2.2013陕西省自然科学基础研究计划项目，项目编号：2013JM6008.3.2013年西安工程大学研究生创新基金，项目编号：chx2013033.4.2014年陕西省大学生创新创业项目，项目编号：201410709014.申请专利：1.贺辛亥,郭赞杰,李宗迎,王俊勃,杨超群,郑占阳,董红坤,王灼建.一种可实现增减纱的携纱器装置[P],专利号:CN201420492121.8,授权公告日:2014.11.032.王俊勃,杨超群,贺辛亥,李宗迎,董红坤,王灼建,郑占阳,郭杰赞.一种实现四步法三维编织的底盘驱动装置[P].已受理3.贺辛亥,张雄斌,王俊勃,刘江南,杨敏鸽,刘松涛,李宗迎,杨超群,宋宇宽.生物形态ZnO气敏陶瓷材料的制备方法[P],专利号:201410210031.X,授权公告日:2014.05.194.贺辛亥,张雄斌,王俊勃,刘江南,杨敏鸽,刘松涛,李宗迎,杨超群,宋宇宽.生物形态SnO2气敏陶瓷材料的制备方法[P],专利号:201410209428.7,授权公告日:2014.05.1963 西安工程大学硕士学位论文64 致谢致谢光阴荏苒，硕士研究生的学习即将结束，近三年的学习生活使我受益匪浅。经历大半年时间的磨砺，论文终于完稿，回首这大半年来收集、整理、思考、修改直至最终的完成过程，我得到了很多的关怀和帮助，现在要向她们表达我最为真挚的写意。首先，我得深深的感谢我的导师王俊勃教授和贺辛亥教授。他们为人谦和，平易近人。不管是在学习上、还是生活上都给予了我无微不至的关心,严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我,也深刻影响着我日后的工作和生活，也深知已取得的成绩无不凝聚着导师们的心血,从课题的选择到开题报告的顺利完成,从实验台的概念设计到搭建过程,从第一篇学术论文的发表到最后一个专利的问世,从中期检查到学位论文最终完成,两位导师都始终如一的精心指导，并给与我不懈的支持。在此期间,每当我取得一点点小的成绩,两位导师都给予我极大的称赞和鼓励,每当我犯错误时,导师们则会严厉批评，耐心指正,使我深刻铭记在心,从中进步。导师们的严谨治学之风和对事业的孜孜追求将影响和激励我有的一生，他们对我的教诲我将永远铭记。借此机会，我谨向王俊勃老师和贺辛亥老师致以深深的谢意。其次，我要感谢这近三年来与我共勉互助的诸位同学，在各位同学的共同努力之下，我们始终拥有一个良好的生活环境和一个积极向上的学习氛围，能在这样一个团队中度过自己的硕士时光，是我极大的荣幸。同时，要特别感谢课题组的其他几位成员，如研究生郑占阳、董红坤、王灼建、郭赞杰，他们以极大的热情给予了我莫大的帮助与支持。同时，我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师，他们给了我一个审视几年来学习成果的机会，让我明确了今后的发展方向。他们对我的帮助是一笔无价的财富。我将在今后的工作、学习中加倍努力，以期待能够取得更多成果回报他们、回报社会。最后,我要特别感谢我的父母,正是他们二十多年寒心如苦养育和无怨无悔地付出,才使我能够安心地完成学业,我的每一步成长都倾尽了他们的心血。65