基于嵌入式系統(tǒng)的開放式多軸數(shù)控系統(tǒng)研究.pdf

1、多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，涵蓋了機(jī)械制造、電子電氣、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論等多學(xué)科知識(shí)。運(yùn)動(dòng)控制器是數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)的核心部件，它的性能是否優(yōu)異是衡量整個(gè)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。當(dāng)前，數(shù)控系統(tǒng)大多基于PC平臺(tái)，依靠PC機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，相對(duì)于PC平臺(tái)的研究模式而言，采用嵌入式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開放式數(shù)控系統(tǒng)，是一個(gè)全新的嘗試。本文以此為目標(biāo)進(jìn)行了研究，建立了一種適用于數(shù)控系統(tǒng)的高性能、低成本、通用化嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的軟、硬件

2、平臺(tái)，并制作了實(shí)物樣機(jī)。整個(gè)課題主要做了以下幾方面工作。 首先，提出并比較了幾種數(shù)控系統(tǒng)機(jī)械樣機(jī)方案，運(yùn)用計(jì)算機(jī)三維建模軟件設(shè)計(jì)了虛擬樣機(jī)，最終確定了以柱面坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系的三軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)為本課題機(jī)械樣機(jī)方案，并加工了實(shí)物樣機(jī)。 其次，深入分析了DDA數(shù)字積分插補(bǔ)算法在多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出了基于虛擬長軸的DDA數(shù)字積分插補(bǔ)算法，并結(jié)合本課題樣機(jī)方案，提出了在柱面坐標(biāo)系下采用緯線方式或經(jīng)線方式實(shí)現(xiàn)空間曲面的插補(bǔ)算

3、法。 然后，規(guī)劃了運(yùn)動(dòng)控制器的硬件體系，提出了基于ARM7系列芯片S3C44BOX和FPGA芯片EP1C6的通用多軸聯(lián)動(dòng)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器硬件方案。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，構(gòu)成開環(huán)控制系統(tǒng)。 最后，針對(duì)硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制器的軟件，在ARM平臺(tái)移植了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了與PC的USB數(shù)據(jù)傳輸、與FPGA的總線通信以及液晶顯示等任務(wù)。應(yīng)用VerilogHDL硬件描述語言設(shè)計(jì)FPGA內(nèi)部功能模