基于FPGA的异质材料零件三维打印装置的运动控制系统研究
江苏大学第11批大学生科研立项一般项目一览
材料学院无机1002 科 本 材料学院冶金0901 科 本 材料学院冶金1002 科 本 材料学院材料学1001 硕士 材料学院材料学11 士 硕 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 计算机 药学院 药学院 药学院 药学院 药学院 药学院 药学院 药学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院 理学院
18796012632 刘琳 15240271870 罗超 18796012710 梁钰 18952886163 韩明 15862987240 赵志远
周海鉴 下转换材料KY(Tb3+Yb3+)(WO4)2粉体的水热法合成与发光性 瞿俊 高强高韧船用钢板的关键技术研究 富锰层状固溶体正极材料的改性及其相关机理研究 智能可控中空硅载体的设计合成 邓奋 高强韧镁基复合材料制备及机理研究 数据挖掘技术在智能交通中的应用研究 模型机汇编器的设计 基于J2EE平台的信息管理系统设计与实现 基于组件的安全软件安全性分析评估 企业人事信息管理系统的设计与实现 RAS可视化算法程序的研究与实现 邱月 大型十字路口交通灯控制系统 江大关工委网站建设—后台管理系统的设计与实现 基于FPGA的8259中断控制器的设计 一种基于密度的局部离群点检测算法 基于移动agent的P2P网络负载均衡方法研究 张婷婷 镍锌铁氧体的制备及其在染料污水处理中的应用研究
Fe-BaFe12O19复合多孔微米纤维的有机凝胶-热还原制备法及
材料学院有色金属冶金11 硕士 18706103005 郑瑞 网络工程0901 15262903447 惠浩添 本科 计算机1002 本科 18796012136 张璇晨 网络工程1001 18796011506 本科 信息安全1002 18796015816 王甜 本科 软件工程1002 18796013122 本科 软件1002 科 本 网络0902 科 本 通信10 本科 软件1001 科 本 软件1001 科 本 18351402880 18013443217 苟小俊 18796015810 18796015603 18796015600
3D打印控制系统
3D打印控制系统3D打印技术是一种快速制造工艺，已经在各个领域中广泛应用。
它可以制造出三维模型并将其转化为实体，为各行各业创造出无数创新的可能性。
而3D打印的控制系统则是3D打印技术中至关重要的一环。
本文将详细介绍3D打印控制系统的相关知识和应用。
一、3D打印控制系统的构成3D打印控制系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括：3D打印机、控制板、传感器、驱动器等。
软件部分则包括：3D建模软件、切片软件、打印机控制软件等。
这些部件共同协作，才能完成3D打印的整个过程。
二、硬件部分的作用1. 3D打印机：3D打印机是将三维数字模型转化为实体的主要工具。
3D打印机的结构分为框架、驱动系统、喷嘴系统和热床系统。
通过控制3D打印机的运动，可以将PLA、ABS、PETG等合适的材料融化后精准堆叠起来，最后形成一个整体。
2. 运动控制板：运动控制板是3D打印机的控制核心，控制着3D打印机的动态运行。
它主要包括处理器、电源、驱动芯片和外部接口。
对于3D打印机来说，这是一个非常重要的部件，相当于“大脑”。
3. 传感器和驱动器：传感器可以检测3D打印机中特定元素的位置和状态，而驱动器则可以将信号传递给3D打印机的马达，创造出正确的动作并控制喷嘴的温度。
三、软件部分的作用1. 3D建模软件：3D建模软件是进行3D打印的起点，可以创建3D模型，使其符合不同材料和机器的要求。
在设计的过程中，需要注意模型的拉伸限制和其它细节，以确保切片和打印时符合最佳效果。
2. 切片软件：切片软件将3D模型分解成一系列薄薄层，确定喷嘴每一层的移动路线，确定打印物体的内部结构、密度和外观。
它也考虑了每种材料的流动性，热传导和稳定性等因素。
3. 打印机控制软件：打印机控制软件负责将切片生成的文件加载到3D打印机中，控制每个部件的运动轨迹并确保打印品质。
四、控制系统的技术发展从最早的手动控制，到如今自动化控制的推出，3D打印机的控制系统已经得到了极大的提升。
基于PLC的3D打印机机械结构及控制程序的设计
基于PLC的3D打印机机械结构及控制程序的设计摘要：本文设计了一种基于PLC的3D打印机机械结构及控制程序。
该打印机采用了传统的XYZ架构，控制系统使用了西门子S7-1200系列PLC。
在机械结构的设计中，本文采用了固定式底板及可调节式定位板，以保证打印平台的精度和稳定性。
在控制程序的设计中，本文采用了经典的分层架构，实现了图形解析、运动规划和驱动控制等功能。
实验结果表明，该打印机具有高精度、高速度和高可靠性等特点，可广泛应用于汽车、医疗、建筑等领域。
关键词：3D打印机，机械结构，控制程序，PLC，XYZ架构Abstract:This paper presents a design of mechanical structure and control program based on PLC for a 3D printer. The printer uses the traditional XYZ architecture, and the control system uses the Siemens S7-1200 series PLC. In the design of the mechanical structure, a fixed base plate and an adjustable positioning plate are adopted to ensure the accuracy and stability of the printing platform. In the design of the control program, a classic layered architecture is used to achieve functions such as graphics parsing, motion planning, and drive control. Experimental results show that the printer has high accuracy, high speed, and high reliability, and canbe widely used in the fields of automotive, medical, and construction.Keywords: 3D printer, mechanical structure, control program, PLC, XYZ architecture1. 引言3D打印技术是一项快速发展的新技术，具有诸多优点，例如成本低、生产速度快、可重复生产等。
江苏省2014年度普通高校研究生实践创新计划项目名单(省助)
机构改革背景下食品安全监督管理工作机制研究
人文社科
硕士
83
中国药科大学
李伟霞
基于因子分析的社区药房药学服务影响因素的实证研究
人文社科
硕士
84
南京师范大学
曲晶春
新闻作品著作权保护问题研究
人文社科
硕士
85
南京师范大学
周嬉东
新时期人教版高中语文教材外国选文比较研究
人文社科
硕士
86
南京师范大学
方惠敏
基于跨学科思想的中学生命教育探索及校本课程开发
57
南京理工大学
尹威华
弹底压力与弹丸过载加速度一体化测试装置研究
自然科学
硕士
58
南京理工大学
夏光志
上转换复合光催化纳米薄膜的制备与性能研究
自然科学
硕士
59
河海大学
洪盛祥
超薄磨耗层技术在西部公路养护工程中的应用研究
自然科学
硕士
60
河海大学
王超
面向水利信息目录集成与服务的检索系统设计与实现
自然科学
硕士
61
硕士
35
东南大学
闫丽
江苏省高血压社区规范化管理效果评估
自然科学
硕士
36
东南大学
周洋
儿童手足口病继发脱甲症流行病学研究及病原学分析
自然科学
硕士
37
东南大学
王昕祎
我国会计师事务所转制的经济后果研究
自然科学
硕士
38
南京航空航天大学
韩泽茹
基于语料库的民航英语中关联词的汉译研究
人文社科
硕士
39
南京航空航天大学
华中科技大学2009届本科生
李超
系级教务排课系统的设计与实现
沈吟东
自动化
黄博学
仿生机器人系统设计
彭刚
自动化
许钢焱
NEMSTS脚本管理子系统设计与实现
王红卫
测控技术与仪器
姚晓旭
航空总线1553B的通信和接口研究
郑英
计算机科学与技术学院
计算机科学与技术
方巍
基于虚拟化平台的存储资源流动的研究与实现
万继光
计算机科学与技术
周若朦
周水银
市场营销
蒋倩
中国500强企业愿景研究
田志龙
外国语学院
英语
陈萌梦
当代大学生中外来流行文化探析
樊葳葳
第一临床学院
医学检验
阎少珍
建立流式细胞学评分系统在MDS诊断中的应用
刘艳玲
公共卫生学院
预防医学
谭莉
缺血性脑卒中影响因素的病例对照研究和风险预测模型的构建
许奕华
药学院
药学
胡涛
抱石莲化学成分及抗肿瘤活性作用研究
基于内容的电视节目预告搜索引擎的设计与实现
于俊清
计算机科学与技术
傅鹏
基于Alloy的RBAC约束条件验证
李瑞轩
计算机科学与技术
张卫星
基于CUDA技术的高维矩阵计算研究
余胜生
信息安全
梁锦津
网络远程监控系统的设计与实现
张爱芳
电气与电子工程学院
电气工程
及其自动化
周杨
含直流系统的电网动态等值研究
张步涵
电气工程
及其自动化
王育学
同杆并架输电线路参数计算软件设计
尹项根
电气工程
及其自动化
毕业设计(论文)-基于FPGA的电机控制
毕业设计(论文)-基于FPGA的电机控制————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于FPGA的电机控制指导老师：设计了一个基于现场可编程门阵列（FPGA）的电机控制系统。
简单介绍了步进电机和直流电机的工作原理和工作特点，并根据两种电机的不同特性设计了基于FPGA的不同的控制电路：以改变频率来控制步进电机的转速；调节脉冲的占空比大小改变输出电压的大小，从而达到控制直流电机的转速的目的。
关键字：FPGA 步进电机直流电机电机控制PWMDesign of the Motor-Control Based on FPGAAbstract: the electromotor control system is designed based on FPGA. This paper simply introduces the principle and the characrers of current-motor and step-motor.And what’s more,different control circuits based FPGA are designed accordering to the different characteristic of current-motor and step-motor. The rotate speed of step-motor is controlled by changing frequency .The output-voltage changes accordering to the rate of impulses,and so the aim to control the rotate of current-motor achieve.Keyword : step-motor motor-control PWM FPGA目录1.系统设计 (3)1.1功能介绍 (3)1.2电机控制简介 (3)1.2.1步进电机的控制 (3)1.2.2直流电机的控制 (3)1.3总体设计方案 (4)1.3.1总体设计思路 (4)1.3.2方案论证与比较 (4)2.单元电路设计 (7)2.1.步进电机驱动电路 (7)2.2.直流电机驱动电路 (8)3.软件设计 (8)3.1实现方法 (8)3.2 程序流程图 (9)4.系统测试 (10)5.结论及参考文献 (10)5.1.结论: (10)5.2.参考文献: (10)6.附录 (10)前言步进电机：一般，电动机都是连续旋转，而步进电动机却是一步一步转动的。
基于FPGA硬件平台的高性能PLC系统研究中期报告
基于FPGA硬件平台的高性能PLC系统研究中期报告在FPGA硬件平台上实现高性能PLC系统的研究已进展到中期阶段，以下为该研究的中期报告：一、研究背景PLC（Programmable Logic Controller）是工业自动化中广泛应用的控制设备，其主要功能是实现对生产过程的监控和控制。
传统的PLC系统主要基于软件实现，但随着工业自动化需求的增加和实时性要求的提高，软件实现的PLC系统已不能完全满足需求。
因此，基于硬件平台的高性能PLC系统开始成为研究热点。
二、研究目标本次研究旨在设计并实现一个基于FPGA硬件平台的高性能PLC系统，具体目标如下：1. 实现高速、低延迟的输入/输出控制；2. 实现高精度的计时器和计数器；3. 实现各种常见控制算法，如PID算法；4. 集成常见通信协议，如Modbus、Ethernet/IP等。
三、研究内容及进展1. 硬件设计系统的硬件设计分为数字电路设计和模拟电路设计两个部分。
数字电路设计主要包括FPGA芯片的选择、引脚分配、时序分析等，模拟电路设计主要包括保护电路、信号调节电路等。
目前，硬件设计已完成并通过仿真和硬件测试。
2. 软件设计软件设计主要包括PLC控制程序的编写和工具软件的开发。
控制程序包括输入/输出控制、计时器和计数器控制、控制算法实现等。
工具软件包括程序下载、参数设置、在线监控等。
目前，输入/输出控制和计时器控制功能已实现。
3. 性能测试为验证系统的性能，测试了系统的输入/输出控制速度、计时器精度和计数器精度。
测试结果表明系统的输入/输出控制速度可以达到1000Hz，计时器精度可以达到0.1毫秒，计数器精度可以达到1个脉冲。
同时，系统的抗干扰能力和稳定性也得到了验证。
四、存在问题及解决方案1. 控制算法实现困难。
由于FPGA硬件平台的特殊性，控制算法的实现相较于传统软件实现更为困难。
解决方案为通过调研现有的FPGA控制算法库，并根据PLC应用特点进行优化。
学生科技创新基金项目(总第二期)中
2009.1 2008.11 2008.10 2009.6 2008.12 2008.11 2008.12 2008.9 2008.12 2008.8 2008.12 2009.4 2008.12 2008.9 2008.9 2008.9 2009.3 2009.4 2008.12 2008.11 2008.6 2008.12 2008.12 2008.1
立项经费 （万元）
0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.4 0.2 0.4 0.35 0.4 0.2 0.15 0.1 0.3 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4
2008.7
2008.11
0.35
26 27 28 29 30 31 32 电工 （17） 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 微固 （17） 50 51 52 53
史峥宇 杨宝国 张峥 张军 罗怿 彭安尽 周铜 王世勇 何岳培 蔡明均 刘钊歧 杨卓 王凯 李远程 张瑞利 杨惠姣 吴建平 刘大海 王旭东 马雪涛 陈鹏 王昆 阮仪 王宇航 孔翔宇 李正涛 王万林 丁一
方健 方健 钟智勇 刘布民 俞眉孙 姜宝均 赖生建 周秀丽 邓兴成 邓兴成 邓兴成 谢光忠 姜海明 李伟 吴援明 刘永 周晓军 杜晓松 王占平 周鹰 高椿明 饶海波 陈雷霆 雷航 罗克露 杨国武 朱清新 张帆
朱伟杰 王本君 彭琳 魏磊哲 金绍春 于希 周凌 王森 魏承科 陈敏 谢晓垠 赵志楠 陈正辉 付鋆 陈立雪 郭继舜 郑杰 王泽高 王贻源 陈苑明 任兵 甄翔宇 李建林 安俊昶 陈广璐 李靖 林智 聂永峰
皇晓辉 付炜 马建国 李会勇 习友宝 陈祝明 陈骏莲 陈先荣 郭迅 马建国 丁庆生 丁庆生 丁庆生 陈瑜 张扬 陈瑜 王京梅 贾春阳 谢小东 何为 罗萍 罗萍 宁宁 刘布民 刘布民 杜江锋 杜江锋 陈良
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基于FPGA的异质材料零件三维打印装置的运动控制系统研究
【摘要】本文首先对所要研究的基于FPGA的异质材料零件三维打印装置进行了介绍，阐述了它的工作原理和工作过程，重点对FPGA在本控制系统中的作用和工作过程进行了论述，并对该系统的颞部模块做了详细研究。
【关键词】FPGA;三维打印装置;运动控制
一、异质材料零件三维打印装置简介
本文研究的异质材料零件三维打印装置的工作过程是，首先应用计算机中的三维设计软件建立异质材料零件的三维CAD模型数据文件，然后运用打印软件对所设计的异质材料模型进行切片分层，依据分层切片的数据信息得到机器能识别的TIFF文件;成形装置的控制系统单元根据所产生的TIFF文件所包含的成形信息分别控制各执行机构做协调运动，实现异质材料零件的打印功能。
然后，通过X/Y两轴的协调运动使装在X轴上的喷墨装置在工作台（Z轴控制）上形成一个平面图形（该平面图形由三维模型经切片软件处理后获得）。
该装置喷射的材料为光敏树脂材料，在该装置紫外等的照射下凝固成型，完成一层的喷射打印和固化后，设备内置的工作台会及其精准地下降一个成型层厚，喷头继续喷射光敏聚合材料进行下一层的打印和固化。
这样一层接一层，直到整个工件打印制作完成。
二、运动控制系统工作过程分析
本文研究的三维打印装置的运动控制系统是以FPGA为核心处理器的，该处理器设有可以与外部PC相连接的USB接口。
该控制系统的加减速算法以及电机时序的控制算法等都集成在FPGA的芯片之中，该系统以MCU或PC机作为其从处理器，主要负责状态实时监控、打印信息处理以及打印过程的任务调度等任务。
本控制系统的工作过程概括起来就是，当运动控制器工作于主从模式的时候，控制系统包括MCU/PC机，运动控制器，驱动器，电机和反馈模块等五个部分。
MCU/PC 机通过USB总线将控制命令送给运动控制器。
反馈模块通过光电编码器等速度、位置检测转置，将电机的转速以及位移等信息反馈给运动控制器，模拟量采集模块将电机运行的电流电压信息反馈给运动控制器。
成形系统开始工作时，系统首先进行复位操作，控制系统控制各运动执行机构回到初始位置，等待上位机发送TIFF图片信息，控制系统将按照TIFF文件中所表达的模型信息，控制成形装置的三个运动轴（X、Y、Z）按控制指令依据模型轮廓进行运动。
FPGA可以把上位机发出的运动控制指令做解码处理，并把处理结果与编码器模块反馈的有关步进电机的转速和位移等一系列信息进行结合，从而计算出步进电机每一步指令的控制量，该控制量在FPGA的插补模块运算后会产生一个脉冲信号，该信号将被步进电机的控制模块传输给驱动模块，驱动模块将脉冲信号或电
压信号进行功率放大之后控制电机运行。
三、运动控制系统内部模块工作原理分析
（一）位置管理模块
该装置X轴的加工或运动范围为：[-5，5]，系统需要控制X轴的步进电机在规定的范围内运动。
本系统的位置管理模块由两个可逆计数器和两个比较寄存器来组成。
实际位置计数器是用来计数外部编码器的输入脉冲的，它的输入为2相脉冲输入，当A相超前B相时，计数器加1;反之，当B相超前A相时，计数器减1，具体原理将在编码器部分介绍。
COMP+是用来存放实际位置计数器的最大值的，一般是通过上位机CPU直接写入，比如X轴范围：[-5，5]，步进为0.05，则COMP+存储的值为100，而COMP-是记录最小值-100。
将逻辑计数器或实际计数器的计数值跟COMP+，COMP-进行比较，如果逻辑/实际计数器的值比COMP+大的话，RR2寄存器的DO位置1，上位机不断查询DO位，当检测到DO为1时，控制插补减速至停止。
（二）编码器模块
运动位置检测模块是运动控制系统中一个重要的装置，它的功能是把电机的转速和位移等运动系统的信息转换为数字信号，然后把它们反馈到运动控制器，从而达到对运动状态实时监控的目的。
本系统采用的编码器模块是目前应用较为广泛的增量光电编码器，该编码器具有响应速度快、分辨率高、体积小以及可以稳定输出等优点，非常符合本系统的需要。
本系统中编码器反馈模块的功能就是对增量式光电编码器发出的正交信号进行接收，并对这些信号进行处理，处理的结果就是可以得出当前电机的转速和位移信息，最后把这些信息反馈到运动控制器之中。
该控制器在接收到反馈信号后，会对这些信号的脉冲进行整形，从而达到去除电磁干扰的目的，最后整合后的信号会被送到FPGA的编码器的倍频鉴向电路之中，达到对步进电机发出转动信号的目的。
（三）接口模块
本系统的FPGA控制核心接口部分由MCU和控制电机的接口两部分组成。
其中MCU的接口模块包含了两位地址总线和8位数据总线以及写信号与片选信号。
该模块的内部有三个8位寄存器，前两个寄存器分别用来对低8位和高8位的计数数值进行存储，不且这两个寄存器的计数初值经过内部组合后构成了FPGA内部的一个16位计数初值。
另外一个寄存器的作用是对控制状态的信号进行存储。
该打印装置的上位机在有输入控制信号的情况下会在驱动电路产生一个运行时序信号，该信号经电机驱动模块外部的分频模块对电机产生时钟驱动信号，再经过电机模块的状态机实现对电机的驱动。
四、总结
运动控制系统作为异质材料零件三维打印装置的核心部件，它的性能好坏将
直接影响到成型零件的精度。
基于FPGA为核心处理器的多轴运动控制器，可以很好的提高运动控制器的集成度，保证高速数控系统的实时性。
因此，把FPGA 运用到快速成型技术中具有重要的研究意义和实用价值。
参考文献
[1]王爱玲，张吉堂，吴雁编著.现代数控原理及控制系统[M].国防工业出版社，2005
[2]谢守勇，李锡文，杨叔子，何丙辉. 一种三轴伺服平台运动控制研究[J].西南大学学报（自然科学版）.2007（09）
[3]刘松国，朱世强，王会方. 多轴运动控制器研制及其在机械手上的应用[J].机电工程.2011（05）
项目来源：江苏省高校自然科学研究《基于FDM工艺的多材料零件3D打印成型技术应用研究》项目;江苏省三维打印装备与制造重点实验室项目。