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基于ARM的电镦机控制系统：设计、实现与性能优化

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业生产中，电镦机作为一种重要的金属成型设备，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等众多领域。其主要原理是利用电流通过工件产生的电阻热，使工件局部加热到塑性状态，然后在压力作用下进行镦粗变形，从而实现特定形状的金属零件制造。例如在汽车发动机气门的生产中，电镦机能够将细长的棒料加工成头部较大的气门毛坯，这种工艺具有高效、节能、材料利用率高等显著优点，是实现少或无切削锻造的关键技术之一。据相关市场研究报告显示，全球电镦机市场规模在过去几年中呈现出稳步增长的态势，预计在未来几年还将继续保持增长趋势，这充分说明了电镦机在工业生产中的重要地位和广泛应用前景。

随着科技的飞速发展，工业生产对设备的性能和智能化水平提出了越来越高的要求。传统的电镦机控制系统存在诸多局限性，如控制精度低、响应速度慢、智能化程度不足等，已经难以满足现代工业生产的需求。例如，在一些对产品质量要求极高的航空航天零部件制造中，传统电镦机控制系统难以精确控制加热电流和镦粗压力等关键参数，导致产品质量不稳定，废品率较高。而ARM（AdvancedRISCMachines）技术作为一种先进的微处理器技术，具有高性能、低功耗、低成本、丰富的接口资源和强大的处理能力等优势，为提升电镦机的性能和智能化水平提供了新的契机。

将ARM技术应用于电镦机控制系统，能够显著提高系统的控制精度和响应速度。ARM微处理器可以快速处理各种传感器采集到的实时数据，如温度、压力、位移等，并根据预设的控制算法对电镦机的各个执行机构进行精确控制，从而实现对加热电流、镦粗压力、砧子速度等关键参数的精准调节。这有助于提高产品的质量稳定性，降低废品率，提高生产效率。例如，在某汽车零部件生产企业中，采用基于ARM的电镦机控制系统后，产品的废品率降低了20%，生产效率提高了30%。

基于ARM的电镦机控制系统还能够实现智能化控制和远程监控功能。通过搭载嵌入式操作系统和开发相应的应用软件，电镦机可以具备自诊断、自适应控制、生产数据记录与分析等智能化功能。操作人员可以通过触摸屏、上位机或移动终端等设备对电镦机进行远程监控和操作，实时了解设备的运行状态和生产情况，及时调整控制参数，实现生产过程的智能化管理。这不仅提高了生产的灵活性和便捷性，还能够降低人工成本，提高企业的竞争力。

本研究基于ARM技术开展电镦机控制系统的设计，对于推动电镦机技术的发展和提升工业生产效率与质量具有重要意义。从行业发展角度来看，该研究成果有助于填补国内在高端电镦机控制系统领域的技术空白，打破国外技术垄断，促进我国电镦机产业的升级和发展。从企业生产角度出发，基于ARM的电镦机控制系统能够为企业提供更加高效、稳定、智能化的生产设备，帮助企业提高产品质量，降低生产成本，增强市场竞争力，从而推动整个工业生产领域的技术进步和发展。

1.2国内外研究现状

在国外，电镦机控制系统的研究起步较早，技术相对成熟。欧美等发达国家的一些知名企业和研究机构，如德国的SMS集团、美国的GATWICK等，在电镦机领域具有深厚的技术积累。这些企业较早地将先进的自动化控制技术应用于电镦机控制系统中，实现了对电镦过程的精确控制。例如，德国的SMS集团研发的电镦机控制系统，采用了先进的数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑控制器（PLC），能够实现对加热电流、镦粗压力等参数的高精度控制，大大提高了产品的质量和生产效率。同时，国外在电镦机的智能化控制方面也取得了显著进展，通过引入人工智能、机器学习等技术，实现了电镦机的自适应控制和故障诊断。例如，美国的某研究机构利用机器学习算法对电镦过程中的大量数据进行分析和建模，使电镦机能够根据不同的工件材料和工艺要求自动调整控制参数，提高了生产的灵活性和产品的一致性。

然而，国外基于ARM的电镦机控制系统的研究相对较少。虽然ARM技术在嵌入式系统中得到了广泛应用，但在电镦机领域的应用还处于探索阶段。一些研究主要集中在利用ARM微处理器的高性能和低功耗特性，实现电镦机控制系统的小型化和低功耗设计。例如，有研究将ARM微处理器与传感器技术相结合，开发了一种便携式的电镦机控制系统，用于现场维修和小型生产场景，但该系统在功能完整性和稳定性方面还有待进一步提高。

国内对于电镦机控制系统的研究也在不断发展。早期，国内的电镦机主要采用传统的继电器控制方式，控制精度和自动化程度较低。随着电子技术和计算机技术的发展，国内开始逐步引入先进的控制技术，如PLC控制、单片机控制等，提高了电镦机的性能。近年来，随着ARM技术的兴起，国内一些高校和企业开始开展基于ARM的电镦机控制系统的研究。

广东工业大学的李