基于DSP的多轴运动控制器软件系统的研究与开发

发布时间：2017-05-19 23:13

  本文关键词：基于DSP的多轴运动控制器软件系统的研究与开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 开放式数控技术是未来数控技术发展的主要方向之一,而运动控制器是PC+NC类开放式数控系统的关键部件。本文主要针对基于ISA总线、以DSP和FPGA作为核心处理器的多轴运动控制器进行深入的研究,开发运动控制器的软件系统和相应的测试软件,并搭建数控插补平台并进行相关验证试验。 DSP作为运动控制器的核心处理器,采用两级定时中断:低优先级的插补中断(1ms)和高优先级的伺服中断(0.1ms)。在FPGA中,本文对串行D/A输出模块进行了设计。 论文针对DSP完成了底层控制程序的总体设计和开发。在插补控制算法上,采用“前瞻”的思想,基于加速度约束计算出衔接处的进给速度,从而实现了直线和圆弧的插补运算,并给出了在DSP中实现插补的方法;在速度控制中,采用T型、S型和柔性的加减速控制,满足了高速数控加工中的速度和稳定性要求;在伺服控制中,采用PID+速度前馈+加速度前馈的伺服控制算法,通过调节各参数,能对大多数系统实现精确而稳定的控制。 运动控制器测试软件采用Visual C++6.0编写,实现了G指令的译码、PID参数的读伺服与写伺服、轴状态的显示、采集数据并绘图比较等功能,并完成了多轴运动控制器的调试工作,包括各个功能模块的调试以及系统联调,经测试系统的功能和性能达到预期设计目标。 论文最后采用“PC机内嵌入运动控制器”的开放式体系结构搭建数控插补实验平台。在自主开发的底层代码基础上,可以在平台上嵌入各种插补算法和先进的运动控制算法,具有很大的柔性。通过该平台可以实际验证各种算法的控制精度和有效性,具有较好的应用价值。
【关键词】：开放式数控 运动控制器 插补器 加减速控制 伺服控制 DSP FPGA
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题来源12
• 1.2 课题研究背景及意义12-13
• 1.3 开放式数控的概述13-14
• 1.4 运动控制器14-16
• 1.4.1 运动控制器的类型14-15
• 1.4.2 在运动控制领域应用DSP 的优势15-16
• 1.5 论文研究内容16-18
• 第二章 多轴运动控制器的软硬件体系18-29
• 2.1 DSP+FPGA+ISA 的硬件体系18-19
• 2.2 基于DSP 的运动控制单元19-21
• 2.2.1 DSP 系统存储空间的扩展19
• 2.2.2 多功能复用GPIO 介绍19-20
• 2.2.3 定时器及中断服务20-21
• 2.3 基于FPGA 的外围处理单元21-26
• 2.3.1 FPGA 和VHDL21-22
• 2.3.2 四轴帧同步信号发生器模块的实现22-26
• 2.4 多轴运动控制器的软件体系26-28
• 2.4.1 运动控制器的功能模块26-27
• 2.4.2 软件系统的总体设计目标27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 多轴运动控制器的软件设计29-50
• 3.1 软件系统概述29-30
• 3.2 加减速方法研究30-36
• 3.2.1 T 型速度规划30-32
• 3.2.2 S 型速度规划32-33
• 3.2.3 柔性速度规划33-36
• 3.3 多轴协调运动36-46
• 3.3.1 坐标映射37-39
• 3.3.2 插补命令缓冲区39
• 3.3.3 实时插补状态机39-40
• 3.3.4 前瞻控制40-45
• 3.3.5 直线和圆弧插补45-46
• 3.4 DSP 对编码器采样46-47
• 3.5 伺服控制47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 多轴运动控制器的测试软件50-58
• 4.1 运动控制器的软件调试50-54
• 4.1.1 JTAG 口的测试51
• 4.1.2 测试编码器采样51-52
• 4.1.3 测试梯形速度规划运行模式52
• 4.1.4 测试中断嵌套52-54
• 4.2 运动控制器测试软件54-57
• 4.2.1 译码模块54-55
• 4.2.2 参数设置模块55-56
• 4.2.3 运动控制轴状态显示模块56
• 4.2.4 采集模块56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 系统平台的搭建及实验结果58-70
• 5.1 数控插补平台58-59
• 5.2 试验方案59-61
• 5.3 试验设计和误差的计算61-62
• 5.3.1 理想轨迹曲线61
• 5.3.2 轮廓误差的计算61-62
• 5.4 试验内容62-69
• 5.4.1 测试中断执行时间62-64
• 5.4.2 测试稳态误差64-68
• 5.4.3 测试高速下平台的运动精度68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 论文工作总结70
• 6.2 未来工作展望70-72
• 参考文献72-74
• 致谢74-75
• 攻读学位期间发表的学术论文75

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 於新华;曹少中;;基于DSP的多电机同步控制CAN总线通信[J];北京印刷学院学报;2011年04期

2 丁懋卿;许雄;熊振华;;数控系统以太网接口技术的设计与实验研究[J];微电机;2010年12期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 黄河;基于内冲液旋转电极的电火花铣削机床与关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 刘清;基于自抗扰控制器的永磁同步电机伺服系统控制策略的研究及实现[D];天津大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘楠;开放式数控系统运动控制器的软件开发[D];哈尔滨理工大学;2010年

2 彭志明;面向工业机器人的开放式运动控制器研究[D];华南理工大学;2011年

3 吴君;多轴运动控制系统的设计与应用[D];上海交通大学;2011年

4 王恕;基于FPGA的伺服电机速度测量算法研究与实现[D];上海交通大学;2012年

5 张欢欢;开放式运动控制器的软件设计[D];哈尔滨理工大学;2011年

6 谢剑;高档数控系统中的现场总线接口技术设计与开发[D];上海交通大学;2010年

7 於新华;基于DSP+FPGA的多电机同步控制系统研究[D];北京印刷学院;2012年

8 卢志学;基于DSP的低速走丝线切割定位控制模块的研究[D];南昌大学;2012年

9 张根华;实时以太网EtherCAT网络研究及在多轴运动中的应用[D];南昌航空大学;2012年

10 石彦华;工业CT独立运动轴控制器设计[D];重庆大学;2012年

  本文关键词：基于DSP的多轴运动控制器软件系统的研究与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：380190