【摘要】：運動控制器是數(shù)控系統(tǒng)的核心,是數(shù)控領域研究的熱點。本文以開發(fā)一款功能豐富、性能穩(wěn)定、可靠性高、符合開放性要求的運動控制器為目標,深入研究了嵌入式運動控制器的關鍵算法和技術。論文主要工作包括:首先,介紹了基于ARM+DSP+FPGA的嵌入式運動控制器總體硬件架構及各模塊的功能。ARM作為主控單元,負責G代碼解析、狀態(tài)切換、與HMI交互;DSP負責實現(xiàn)插補、速度規(guī)劃、動態(tài)前瞻等控制算法;FPGA一方面提供DPRAM作為ARM和DSP溝通的橋梁,另一方面負責控制脈沖輸出和I/O管理。研究了ARM加載Linux操作系統(tǒng)的過程,解決了訪問外部設備的問題;深入研究了DSP的硬件配置,實現(xiàn)了DSP從NOR FLASH啟動;研究了FPGA的脈沖均勻化實現(xiàn)方案。其次,對運動控制卡的插補和速度規(guī)劃算法進行了深入研究,實現(xiàn)了多軸直線插補和平面圓弧插補算法;通過幾何變換,將橢圓插補和空間圓弧插補轉化為平面圓弧插補加以實現(xiàn);介紹了S/T形加減速算法的原理和實現(xiàn)過程;深入研究PVT算法,基于分段Hermite插值和三次樣條擬合,推導出PVT/Complete/Percent/Continuous描述方式下的算法實現(xiàn)過程。通過對算法進行軟件仿真,驗證了算法的準確性和有效性。再次,對連續(xù)軌跡過渡算法進行了深入研究,提出連續(xù)軌跡處理框架,從插補離散化的角度分析了拐點過渡的必要性,建立了直線與直線、直線與圓弧等的拐點過渡模型,分析了拐點速度約束條件。由于拐點速度約束模型為遞歸不等式組,在工程上難以實現(xiàn),通過引入比例系數(shù)和修正加速度,提出工程上可行的動態(tài)前瞻算法,實現(xiàn)了多段線和樣條曲線的連續(xù)加工。最后,采用Matlab仿真與實際加工相結合的方案,驗證算法的合理性。通過監(jiān)控驅動器輸入脈沖測試PVT算法;通過在點膠機平臺上實際繪制多段線和樣條曲線,測試連續(xù)軌跡過渡和動態(tài)前瞻算法。測試結果表明,本文設計開發(fā)的運動控制器具有良好的功能和性能。
【圖文】：

圖 1-1 基于 PC 和運動控制卡的開放式控制系統(tǒng)隨著對開放式體系運動控制器的研究不斷深入，國外涌現(xiàn)出一批先進的控制器。 Delta Tau 公司的 PMAC 多軸運動控制器在行業(yè)內久負盛名，著名的哈勃望遠鏡的就是用 PMAC 控制卡控制研磨的。PMAC 內部采用 Motorola 公司生產的 56003 片，可完成直線、圓弧插補，S 曲線加減速，PVT 和三次樣條插補算法，產品種類軸聯(lián)動控制器到三十二軸控制器，支持 ISA 總線、PCI 總線、PC104 總線和 VME。美國 GALIL 公司的 DMC 系列運動控制器采用 32 位 RISC 結構高速 DSP，可實線/圓弧插補、螺旋線插補、切線跟蹤、多主/多從電子齒輪同步控制、龍門同步控制子凸輪、輪廓控制、拐角過渡及多任務同時執(zhí)行等功能；可采用帶有速度前饋、加前饋、凹陷濾波、低通濾波、積分限制等高級控制算法的 PID 調節(jié)器。英國 Trio有獨立型控制器和基于 PC 機的 PCI 總線方式控制器兩大類產品。其中獨立型控制有 RS232C，RS485、USB、Ethernet、CAN 總線等工業(yè)通訊接口，支持 EtherCAodbus、CANBus、SERCOS、Hostlink、DeviceNet、Profibus 等各種工業(yè)通訊協(xié)議。

華南理工大學碩士學位論文第二章 嵌入式運動控制器總體設計方案文所設計的運動控制器的主要應用平臺是點膠機，采用獨立式控制器器可以完全脫離計算機獨立工作，，適用于結構緊湊，無須計算機直接合。獨立式控制器的 HMI 一般為觸摸屏或手持盒，其價位一般在 300于工控機 3000-5000 元的價位，其價格較為低廉。另一方面，PC 與絡或 U 盤進行交互，實現(xiàn)較為復雜的軌跡規(guī)劃，可以很好地補充手持盒制系統(tǒng)總體架構機控制系統(tǒng)主要由示教盒（手持盒）、控制卡、驅動器、電機和 IO 等體架構如圖 2-1 所示。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659

【參考文獻】

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本文編號：2582367