嵌入式运动控制器的设计及在数控弯管机中的应用研究

摘要

机电一体化技术的发展状况是衡量一个国家机械工业发展水平的重要标志。数控系统是机电一体化技术的核心部分。本课题对数控技术的一项关键技术——运动控制技术作深入细致的研究，在把握了国内外运动控制技术的最新发展动态后，完成了一个具有开放性的、分布式的嵌入式数控系统的开发。 运动控制器是以中央逻辑单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。对于数控系统来说，最重要的是控制各个电机轴的运动，这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的，数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。 以DSP芯片作运动控制处理器的数控系统将成为新一代数控技术发展潮流，运动控制器将成为未来数控系统的核心。本课题选用NOVA公司的DSP运动控制专用芯片MCX314为运算处理芯片，研制的运动控制系统可以分别控制4个电机驱动轴，并且4个轴都有相同的功能能力，允许至多3轴联动。驱动脉冲的输出速度为1PPS～4MPPS。并且可以选择4个轴中的任何2个轴或3个轴进行线性插补驱动，在驱动中，可以实时读出逻辑位置、实际位置、驱动速度、加速度、加/减速状态等。 本课题通过对运动控制技术的深入研究，紧跟当前开放式数控系统的发展趋势，结合分布式数控系统的优点，并针对嵌入式领域的具体需要，提出了基于WinCE和DSP的方案，研制了一个性价比高、功能较强、柔性较好的四轴多功能运动控制系统。具体研究主要有以下几方面： ●通过对运动控制卡及嵌入式系统等行业现状的全面调研，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于PC104和DSP的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。 ●根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了CPLD和DSP各自的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 ●完成了运动控制器驱动程序的开发工作，并针对弯管机控制系统的实际应用开发了研制了弯管机的控制系统， ●在完成了运动控制卡的测试后，实现了基于该运动控制卡的数控弯管机的应用，从实验结果来看，该嵌入式运动控制系统达到预期的要求。

目录

文摘

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第一章 绪论

第二章 嵌入式系统及相关技术

第三章 运动控制器的研究

第四章 嵌入式数控系统方案设计

第五章 运动控制器硬件设计与实现

第六章 嵌入式数控系统软件技术的实现

第七章 系统实现及应用案例

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢