四轴雕铣加工中心运动控制系统的研究

摘要

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。运动控制技术是数控技术的核心。随着电子技术、计算机技术、传感器技术、控制技术的发展以及市场的需求，智能化、开放化、网络化维护方便的运动控制器已经成为运动控制器发展的一个方向。
　　 本论文以四轴雕铣加工中心运动控制系统的需要为基础，在调查研究了国内外运动控制器的发展状况，根据目前市场上主流运动控制器特点，吸收借鉴国外先进运动控制器的优点，提出了基于DSP和FPGA运动控制系统方案。采用数据处理能力强大的DSP做为数据处理核心，DSP编程灵活，芯片内部功能模块丰富，成熟的开发环境使得开放和维护方便。FPGA能够实现通过软件设计硬件电路，使得电路设计更加简单，设计成本更低，修改更方便。本文设计了一款新型、功能强大、开放式、独立的、通用性好的、可独立工作的四轴运动控制器，本文所设计的运动控制器即可独立工作也可与PC机组成“PC+运动控制器”的系统，方式灵活。
　　 本论文首先介绍了国内外数控技术的发展状况。研究了运动控制器的发展以及当前市场上主流运动控制器的控制方案，在此基础上提出了本论文的运动控制方案——基于DSP和FPGA运动控制系统设计方案。根据运动控制方案设计了运动控制器的硬件系统。包括主控芯片的配置电路、编码器反馈信号处理电路、输人和输出信号接口电路以及通讯接口设计，尤其是设计了网络通讯接口，并对网络通讯接口进行了测试和验证。
　　 其次，研究了数控插补算法，在对比了几种主要数控插补方案后采用数字积分法插补，并进行了数字积分法插补流程设计。针对定点型DSP的特点设计了定点数与浮点数的转换程序，完成定点型DSP的浮点运算。
　　 最后，进行了PC端设计，完成了信号检测和再现，验证了系统的可靠性。