嵌入式多轴联动插补系统控制策略研究

发布时间：2020-09-09 16:28

　　多轴联动插补系统作为数控机床的核心技术,是数控机床实现高速高精的关键。传统的数控机床大多只支持直线、圆弧插补,不能直接进行自由曲线曲面的加工。若采用NURBS曲线插补技术,不仅能够提高机床加工速度和精度,还能改善零件表面的光滑度。因此,本文对NURBS插补算法进行了研究。主要研究内容如下:对NURBS曲线性质及其参数计算方法进行研究,采用泰勒公式对NURBS参数曲线进行展开,对截短误差、曲率、法向加速度、弓高误差等影响NURBS曲线插补精度的因素进行分析并确定加工过程中进给速度的约束条件,保证NURBS算法实时插补过程中进给速度满足机床的系统限制和误差要求。研究比较梯形加减速算法、指数加减速算法和S形加减速算法的性质和特点,选择S形加减速算法对NURBS曲线插补的进给速度进行加减速规划。根据NURBS曲线插补起始速度和进给步长对S形加减速算法的模式进行分类,详细介绍了不同模式下的S形曲线加减速的运行阶段,介绍不同模式下的路径长度和进给速度求解的计算方法。在此基础上,结合可控弓高误差控制理论,提出基于S形曲线加减速规划的NURBS曲线插补方法。在对基于S形曲线加减速规划的NURBS曲线插补方法研究的基础上,设计了一款嵌入式数控实验平台,采用ARM+FPGA的架构,ARM负责实现通信、异常处理等功能,采用modbus协议与触摸屏通信,采用uC/OS进行任务调度并设计多任务申请消息队列的方式来提高各任务访问数据的效率。FPGA负责插补计算、速度规划和电机驱动等功能的实现,减轻了ARM处理器的负载,提升了系统的实时性和插补精度。搭建实验平台,利用嵌入式数控实验平台及MATLAB进行实验验证和数据分析。通过对实验结果和插补过程中速度、加速度等数据的分析,证明本文所提算法正确、有效。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG659
【部分图文】：

结构框图,嵌入式,数控系统,结构框图

这项技术以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于对成本、体积、可靠性、功耗有严格要求的专用计算机系统。基于 ARM 的嵌入式片上系统 SOC 已经在无线设备、工业系统、电子产品等诸多领域得到了大量的应用[37-38]，而嵌入式系统在数控技术上的应用也越来越广泛，这种系统被称为嵌入式数控系统。图 1.1 为嵌入式数控系统的结构框图。

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完成了硬件平台搭建、任务调度方式、多任务访问数据等问题的研究，并对算法进行了测试，证明算法的正确性。第五章：总结与展望。课题主要研究内容及技术路线如图 1.2 所示。

伺服系统,伺服电机,多轴联动

第三章加减速算法研究服电机控制原理多轴联动插补系统中，电机是速度规划算法实现的载体，是数控精的关键，因此选择一款稳定性好、可靠性高、控制精度高的电度有着重要意义。本文以伺服电机作为研究对象，通过对速度规实现伺服电机的加减速控制。伺服电机是伺服系统的关键机构，数控机床实现位置控制的关键，通过伺服系统，数控机床可以实。伺服系统结构如图 3.1 所示，包括伺服电机驱动器、电机本体以数控系统的加工过程中，多轴联动插补器根据算法规划的速度来服电机转动，在通过传动机构最终转化为工件或者刀具的运动。伺服系统通常还包括编码器和光栅尺等将电机的运行参数和工件的装置。

【参考文献】