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运动控制技术是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理,使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动的技术。运动控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、自动控制技术、微机应用技术的全面发展。目前,采用微处理器、FPGA/CPLD、通用计算机、DSP控制器等嵌入式技术构成的数字控制系统正得到迅速发展。应用先进算法,开发全数字化、开放式的控制系统将成为新一代运动控制系统设计的发展方向。 本课题通过对开放式数控技术和运动控制技术的研究,针对国内运动控制技术研究起步较晚的现状,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了世界开放式数控技术和相关运动控制技术的最新成果,采用基于DSP+FPGA的方案,设计了一款针对直线电机的高速高精运动控制卡。 本文主要研究内容如下: 首先,在分析设计要求和控制对象特点的基础上,结合DSP处理器运算速度快、精度高和FPGA编程灵活的特点,确定了选用TI公司的TMS320C32 DSP和Altera公司Flex 10k10 FPGA组成运动控制系统的核心,并规划了系统的总体结构。 其次,围绕着TMS320C32核心处理单元设计了运动控制系统的存储模块,PC-DSP数据交换模块,D/A输出模块等各部分的电路组成。 然后,针对FPGA在运动控制系统中的应用,在Flex 10k10上设计了功能完善,包含四细分辨向、可逆计数、锁存访问的位置检测模块和地址译码电路。 最后,为了实现良好的实时控制性能和开放性软件结构,在运动控制系统软件设计中采用μC/OS-Ⅱ统一调度各个任务的执行,同时介绍了基于DSP的软件自启动、在线烧写FLASH等嵌入式软件开发技术。 运动控制系统时,PC机把理想的运动曲线坐标数据通过DSP-PC数据交换模块传递给DSP,DSP计算理想位置与由位置检测模块所得的实际位置之间的误差值,由PID算法计算得到电机控制量,经过D/A把数字控制量转换为模拟控制量输出给直线电机,实现闭环控制。