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运动控制器是通过对以电机驱动的执行机构进行运动控制来实现其按预定轨迹运动的装置。近年来,随着运动控制技术的不断进步和完善,运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已经被越来越多的产业领域接受,并且它已经达到引人瞩目的市场规模。其在机器人、数控机床、自动焊接、硅片加工、激光切割等诸多领域的控制中发挥着重要作用。我国作为世界上经济发展最快的国家,市场上新设备的控制和传统设备在技术上的升级换代,对运动控制器的需求势必会越来越大。因此运动控制器的研究与开发具有重大的理论意义和实际应用价值,有较好的开发与应用前景。
在分析了国内外运动控制器的研究、发展现状和趋势后,重点对与运动控制器相关的硬件和软件技术进行了较深入的研究。结合各方面因素及现有的实验条件,本文决定采用基于DSP和PCI总线的四轴步进电机运动控制器的开发方案和设计思路。该运动控制器内置于PC机中,接受上位PC机的指令和运动参数驱动1-4轴步进电机单独运动或联动,实现运动轨迹的位置和速度控制,并且运动过程中经历自动加减速控制阶段。
硬件方面,根据提出的开发方案和设计目标性能,本论文选用极高运算速度DSP芯片TMS320LF2407A为控制核心,设计了四轴电机控制量输出、PCI总线通信接口、双端口RAM接口、I/O接口、CPLD电路等硬件电路;为保证所设计的电路的工作性能,还在印制电路板设计过程中,进行了电磁兼容性设计,在降低电路噪声放射性和提高电磁耐受性上做了大量的工作。
软件方面设计了一种运动控制器底层程序总体架构方案,并付诸实现;在详细分析运动控制中的位置控制、速度和加减速控制、几种实用插补算法的原理和特点后,本文应用基于DSP下的汇编与C语言混合编程方式成功进行了运动控制器的软件设计及调试;还编写了运动控制函数库,供用户调用;为了使CPLD芯片正常工作,在MAX+plusⅡ开发环境下,本论文使用VHDL语言设计编写了CPLD的底层控制程序。