多軸聯(lián)動硬插補數(shù)控專用芯片的研究與開發(fā).pdf

1、數(shù)控技術是伴隨著電子計算機的發(fā)展而發(fā)展起來的一種自動控制技術，是計算機技術與傳統(tǒng)機械學相結合并以機械學、電子學、計算機科學、控制科學四大學科為基礎的綜合性應用科學。當前，我國沿著經濟、高速、高精度和高度自動化等幾個方向發(fā)展數(shù)控技術；其中，發(fā)展經濟型數(shù)控系統(tǒng)是適合我國國情的重要策略。在現(xiàn)階段，大力發(fā)展經濟型數(shù)控系統(tǒng)是快速提高機床數(shù)控率，緩解數(shù)控人才培養(yǎng)壓力和改變數(shù)控技術教學實訓裝備不足困境的有效途徑。 本文在分析了我國經濟型數(shù)控系

2、統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和主要構成方案的基礎上，針對近年來數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展所出現(xiàn)的模塊化、嵌入式、可重構的新特點，提出了基于高性能嵌入式處理器（如ARM、Nios2）和低成本FPGA（如AlteraCyclone系列）的經濟型數(shù)控系統(tǒng)硬件構成方案，設計了新方案的系統(tǒng)體系結構，探討了軟件實現(xiàn)粗插補，由FPGA芯片實現(xiàn)多軸脈沖均勻分配，進而完成硬件精插補的二級插補策略。該方案與傳統(tǒng)方案相比，具有性價比高，可升級性和可擴展性好的突出優(yōu)點。 論文重點研

3、究了新方案中基于FPGA可重構平臺的多軸聯(lián)動硬精插補器的設計和實現(xiàn)。插補器完成了DDA插補算法的硬件實現(xiàn)，實現(xiàn)了多軸輸出脈沖均勻化和四軸聯(lián)動，并能作為自定義Avalon總線外設與通用嵌入式處理器實現(xiàn)FPGA的片上或片外連接。配置后的FPGA可以作為功能完整的多軸聯(lián)動硬插補芯片應用于數(shù)控系統(tǒng)、機器人控制等運動控制領域。 論文還給出了一個應用硬插補芯片實現(xiàn)三維雕刻機的經濟型簡易數(shù)控系統(tǒng)的實例。通過SoPC技術，利用Altera公司的