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Title: Desarrollos de perfiles polinominales 3D basado en FPGA para control de posición en máquina fresadora CNC
metadata.dc.creator: ARTURO YOSIMAR JAEN CUELLAR
Keywords: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA;CIENCIAS TECNOLÓGICAS
metadata.dc.date: Jun-2011
Description: Los sistemas de control numérico computarizado (CNC) tienen un fuerte impacto en las aplicaciones industriales donde se requiere el control de máquinas herramienta. Los objetivos más importantes del sector industrial en la manufactura son la mejora en la calidad, la continua reducción de costos y acortar los tiempos en el desarrollo del producto y proceso. Sin embargo, los sistemas CNC comerciales existentes se caracterizan por ser de arquitectura cerrada y propietarios, es decir, no permiten la integración de sistemas u equipo ajeno al de su propia marca. Los algoritmos descritos en sus controladores no son transparentes y son completamente fijos. Por tanto, es imposible integrar módulos de diseño propio con funciones específicas para mejorar el desempeño del sistema, o incrementar su funcionalidad. Además, se trata de sistemas cuyos costos de adquisición son elevados. Debido a lo anterior, en este trabajo se propone el desarrollo de perfiles polinomiales en 3D basado en FPGA para el control de posición de una máquina fresadora. La plataforma de pruebas para la implementación de la propuesta consiste en una máquina fresadora vertical de tres ejes CNC reconvertida. Se desarrolla la arquitectura del sistema completo para para la implementación del método. El sistema se compone de tres módulos principales para su implementación: el generador de perfiles, el generador de trayectorias y un controlador PID (Proportional-Integral-Diferencial). Además se incluyen algunos módulos adicionales para la identificación de los parámetros de la planta, y una interfaz de comunicación USB (Universal Serial Bus). La descripción del sistema se realizó en código VHDL (Very high speed integrated circuit Hardware Description Language) y fue implementado en una tarjeta controladora de 4 ejes basada en un dispositivo de alto desempeño FPGA (Field Programmable Gate Array) de bajo costo, la MCUAQ4X de diseño propio por el grupo HSP digital. El sistema se sometió en dos tipos de pruebas principales: movimiento independiente de cada eje y movimiento coordinado, los tres ejes en ambos casos. Los resultados de las pruebas muestran que el sistema tiene un excelente desempeño, con un máximo de 4 cuentas de error. Esta es la primera vez que se implementa un sistema de control para el posicionamiento en una máquina de tres ejes (fresa).
Computer Numerical Control (CNC) systems have a strong impact on industrial applications, where controlled machine-tools are required. In the manufacturing industrial sector, the most important objectives are the improvement of quality, continuous cost reduction, and time reduction in product development and process. However, existing commercial CNC systems are characterized by its closed architecture and proprietary designs; which do not allow the integration of systems or equipment outside their own brand. The algorithms described in their drivers are not transparent but completely fixed. Therefore, it is impossible to integrate design modules with specific functions to improve the systems performance or enhance functionality. In addition, costs are high in these commercial systems. Because of this, this work proposes the development of 3D polynomial profiles based on FPGA for the control of a milling machine. The test platform for the implementation consisted on a three-axis vertical CNC milling machine converted. The system consisted of three main modules for its implementation: the profile generator, the trajectory generator and a PID (Proportional-Integral-Differential). Moreover, some additional modules were included to identify the parameters of the plant, as well as a communication interface USB (Universal Serial Bus). The system description was done in VHDL (Very high speed integrated circuit Hardware Description Language) code and it was implemented in a 4-axis controller card based on a high-performance FPGA (Field Programmable Gate Array) device of low cost, in this case, the MCUAQ4X controller card designed by HSPdigital group. Two types of tests were carried out: independent movement of each axis and coordinated movement (the three axes in both cases). The test results showed that the system has excellent performance, with a maximum error of 4 counts. This is the first time that a control system for positioning is implemented in a three-axis machine tools.
URI: http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/255
Other Identifiers: CNC Control system
FPGA
FPGA
Sistema de control CNC
VHDL
VHDL
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