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激光切割技术经过五十多年的发展,已成为先进制造技术的重要组成部分,其精确性高、加工效率高、低污染的特性使其在金属切割领域得到了非常广泛的应用。焦点控制系统是金属激光切割机至关重要的组成部分,它与激光焦点位置的准确性和稳定性直接相关,由此决定了金属工件的切割质量。因此设计一种焦点控制系统对于金属激光切割具有十分重要的意义。本文设计一种以DSP作为控制核心的金属激光切割机焦点控制系统。首先介绍了研究背景以及意义,分析金属激光切割机焦点控制系统的国内外研究现状和发展趋势。对金属激光切割机焦点控制系统进行了需求分析,并以此为基础完成了系统总体框架的设计。对比各种位置检测手段的优缺点,根据金属激光切割这个特定应用场合的特点,最终选择电容传感器作为焦点位置检测的传感器。结合传统PID控制理论和模糊控制理论,对激光焦点位置进行闭环控制,设计了金属激光切割机焦点控制系统模糊PID控制器。对金属激光切割机电容传感器的机械机构和电气特性进行了分析,通过理论推导得到电容值与距离的关系曲线,并由此计算电容的变化情况,为电容检测电路的设计以及对电容信号的处理提供理论支持。设计了以Pcap01作为核心芯片的电容检测模块,将经过Pcap01处理过的数字电容信号以SPI通信方式发送给焦点位置控制模块。完成了以DSP作为核心的焦点位置控制模块的硬件和软件设计,通过软硬件的配合实现了金属激光切割机焦点控制系统的各个功能。其中,通过对几种非线性校正算法的比较分析,选择最小二乘法作为本系统的非线性校正算法,从而设计非线性校正程序对电容数据进行非线性校正。焦点位置控制模块对接收到的数字电容信号进行数字滤波,并利用非线性校正程序进行曲线拟合,最终得到高精度的焦点位置测量值。结合传统PID控制算法和模糊控制算法,设计了模糊PID控制器,并进行了仿真研究。最后搭建了金属激光切割机焦点控制系统的测试平台,对系统进行了实验测试,并通过对比分析,发现实验结果与预期相符,满足系统的各项性能指标要求。