基于DSP和FPGA的运动控制器的研究

发布时间：2017-07-03 23:24

  本文关键词：基于DSP和FPGA的运动控制器的研究

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【摘要】：数控系统(CNC),作为数控机床的核心部件,成为机械电子、自动化和计算机等学科领域研究的热点。随着数控系统的高速、高精度的发展趋势以及开放化、小型化的特点,以数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)为核心的数控系统正成为当前数控系统的重要发展方向。一方面,以DSP作为数控系统的核心处理器,能够发挥其高速运算和编程灵活的特长,便于实现复杂的实时运动控制算法,提高系统的控制性能;另一方面,采用FPGA将大量的逻辑控制功能和外围接口电路集成在其中,可有效减小系统体积,提高数控系统的可靠性和稳定性 本文在对不同硬件平台数控系统进行比较研究的基础上,设计开发了一款以DSP和FPGA为主控单元的五轴运动控制器硬件平台,并实现了部分软件功能。 首先,在对运动控制器的需求进行分析的基础上规划设计了其硬件方案,采用DSP+FPGA为组合的结构方案,对DSP和FPGA最小系统电路、数字脉冲输出电路、编码器信号采集电路、上下位机接口电路等电路设计方案进行了详细讨论,完成了系统硬件的设计制作。 其次,为提高数控系统的硬件集成度和可靠性,通过对FPGA的编程设计,在FPGA中实现了脉冲发生器、编码器信号处理、串口通信、地址信号线译码等功能模块。最后,基于上述硬件平台,采用模块化程序设计方法和C语言编程完成了数控系统的部分软件设计,包括基于梯形曲线加减速的直线插补以及圆弧插补,并完成系统主要功能的硬软件联调。
【关键词】：运动控制器 DSP FPGA 插补
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究意义10-11
• 1.2 运动控制技术国内外研究现状11-12
• 1.3 本课题的研究任务12-14
• 第二章 机床数控系统及其关键技术简介14-27
• 2.1 数控系统中的关键技术概述14-16
• 2.1.1 数控系统的功能描述14-16
• 2.1.2 数控系统的主要技术指标及关键技术问题16
• 2.2 数控系统运动控制中的插补技术16-21
• 2.2.1 插补方法的种类17-18
• 2.2.2 数据采样法的直线插补18-19
• 2.2.3 数据采样法的圆弧插补19-21
• 2.3 数控系统运动控制中的速度控制技术21-26
• 2.3.1 进给速度控制22
• 2.3.2 加减速控制22-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 运动控制器总体方案设计27-31
• 3.1 运动控制器功能描述27
• 3.2 可供选择的运动控制器总体方案比较27-28
• 3.3 DSP 与FPGA 的具体设计方案28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 系统的硬件设计与实现31-40
• 4.1 DSP 硬件电路设计31-35
• 4.1.1 电源电路31-33
• 4.1.2 复位和电源监控电路33
• 4.1.3 SDRAM 电路33-34
• 4.1.4 FLASH 电路34-35
• 4.2 FPGA 硬件电路设计35-36
• 4.2.1 FPGA 电源模块设计35
• 4.2.2 FPGA 配置模块设计35-36
• 4.3 FPGA 与DSP 连接36
• 4.4 数字脉冲输出电路设计36-37
• 4.5 编码器接口电路设计37
• 4.6 开关量输入/输出接口电路设计37-38
• 4.7 PCB 设计要点38-39
• 4.8 本章小结39-40
• 第五章 FPGA 内模块设计40-45
• 5.1 脉冲发生器模块设计40-41
• 5.2 FPGA 内编码器模块设计41-42
• 5.3 UART 通信模块设计42-43
• 5.4 地址信号线译码模块43-44
• 5.5 本章小结44-45
• 第六章 系统的软件设计与实现45-53
• 6.1 软件开发环境介绍45-46
• 6.2 软件总体功能概述46-47
• 6.3 基于梯形曲线加减速的三轴直线插补47-49
• 6.4 圆弧插补49-52
• 6.5 本章小结52-53
• 第七章 系统装配与调试53-61
• 7.1 硬件电路的装配与调试53-54
• 7.2 系统软件调试54-60
• 7.2.1 脉冲发生器输出和编码器反馈脉冲实验56-58
• 7.2.2 基于梯形曲线加减速的直线插补实验58-60
• 7.3 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-65
• 附录65-68
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果68-69
• 致谢69-70
• 答辩委员会对论文的评定意见70

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 赵从富;大功率LED Molding机运动控制器的研究[D];华南理工大学;2012年

2 雷斌;基于SERCOS总线的光纤通讯在数控系统的应用研究[D];华南理工大学;2012年

3 杜春园;车载稳定跟踪控制器硬件设计[D];南京理工大学;2013年

4 贾利东;基于CAN总线的运动控制系统[D];江西理工大学;2012年

5 蒋明柯;数控系统中基于DSP和FPGA的运动控制器研究[D];华南理工大学;2013年

6 张耀骢;基于FPGA的大功率LED全自动成型机运动控制系统研究[D];华南理工大学;2013年

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本文编号：515603