驱控一体式运动控制系统研究

发布时间：2017-09-26 08:42

  本文关键词：驱控一体式运动控制系统研究

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【摘要】：随着自动化技术、计算机技术、智能机器人技术的发展,运动控制技术已经向高速、高精度、低成本、高稳定性方向发展。基于FPGA+MCU的驱控一体式运动控制系统是一种把所有运动控制模块都集成到一片FPGA芯片上的运动控制系统,MCU作为协处理器负责任务调度和状态处理。该运动控制系统具有实时处理能力强和运动控制性能好等优点,以后必将成为运动控制的主流系统。论文研究了国内外运动控制系统的核心技术和发展现状,提出了基于FPGA+MCU的驱控一体式运动控制系统。主要内容如下:(1)对驱控一体式运动控制系统进行了硬件规划和内部模块划分。硬件规划主要是搭建FPGA的外围电路,内部模块划分是对运动控制模块进行划分。基于FPGA的运动控制模块主要由脉冲发送模块、正交编码器解码模块、插补算法模块、加减速算法模块和接口模块组成;MCU作为协处理器主要负责任务调度、LCD模块、触屏输入模块、串口模块的设计。(2)采用DDS直接数字频率合成算法实现脉冲发送模块,通过调节频率控制字k可实现1HZ-25MHZ的任意调频,通过对分频器内部加入计数器溢出清零的逻辑判断模块,此算法可消除由频率控制字不能被整除引起的频率输出不稳定问题。(3)在对正交编码器信号进行解码计数时,不仅把有限状态机逻辑状态的转变作为加减计数的标志,而且引入了时间当量的概念,即逻辑状态的保持时间与正交脉冲周期的四分之一是否相等,如果逻辑状态保持时间小于这个量就说明这种状态的转变是由于外部扰动所引起的干扰信号,必须对这种信号进行屏蔽,以免产生误计数。(4)对梯形加减速和S形加减速算法进行了原理分析,最终采用仿S形加减速算法实现加减速设计。采用数字积分法设计了直线和圆弧插补器,搭建滴塑机硬件平台,并进行实验验证。控制喷头实现平面直线和圆弧轨迹运动。
【关键词】：FPGA 有限状态机 直接数字频率合成 数字积分法
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 运动控制系统研究背景和意义9-11
• 1.1.1 运动控制系统的定义9-10
• 1.1.2 运动控制系统的分类10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 课题研究的目的和意义12-13
• 1.4 论文主要研究内容和章节安排13-15
• 第二章 运动控制系统的总体设计规划15-22
• 2.1 运动控制系统的设计流程和准则15-16
• 2.2 运动控制系统的整体结构及实现功能16-17
• 2.3 基于FPGA的开发方法综合分析17-21
• 2.3.1 FPGA开发简介17-18
• 2.3.2 FPGA的优点及应用前景18-19
• 2.3.3 Verilog HDL硬件描述语言介绍19
• 2.3.4 FPGA的开发流程19-21
• 2.4 小结21-22
• 第三章 运动控制系统硬件与脉冲模块设计22-39
• 3.1 系统整体硬件电路设计22-27
• 3.1.1 电源电路22-23
• 3.1.2 时钟电路23
• 3.1.3 FPGA的配置电路23-24
• 3.1.4 光电隔离电路24-25
• 3.1.5 报警和开光量控制电路25-26
• 3.1.6 板卡PCB实现26-27
• 3.2 脉冲控制发生器的模块设计27-32
• 3.2.1 脉冲发生器的性能指标27-28
• 3.2.2 DDS算法模块的分析与实现28-31
• 3.2.3 使用QuartusII对脉冲发生器的仿真分析31-32
• 3.3 正交编码器信号解码模块设计32-37
• 3.3.1 正交编码器解码技术简介32-33
• 3.3.2 解码技术分析33-34
• 3.3.3 基于FPGA的正交编码器设计34-36
• 3.3.4 仿真实验及其结果分析36-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 加减速算法模块的设计39-48
• 4.1 梯形曲线加减速算法39-43
• 4.1.1 梯形加减速算法原理分析39-41
• 4.1.2 梯形加减速算法的硬件实现41-43
• 4.2 S形曲线加减速算法43-47
• 4.2.1 S形加减速算法的硬件实现45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 运动控制插补算法的研究与实现48-57
• 5.1 插补算法分类48-53
• 5.1.1 逐点比较法48-51
• 5.1.2 DDA数字积分法(Digital Differential Analyzer)51-53
• 5.2 对DDS数字积分法插补算法进行仿真设计53-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 测试平台搭建和实现57-64
• 6.1 脉冲发送模块的平台测试57-58
• 6.2 正交编码器模块平台测试58-59
• 6.3 系统整体平台的搭建与实现59-63
• 6.4 本章小结63-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 论文总结64
• 7.2 论文展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文70

【参考文献】

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本文编号：922579