基于PLCopen的开放式运动控制器研究与实现

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运动控制器是数控系统的核心,也是数控技术发展的重点,但运动控制器种类繁多,并且存在多种差异较大的编程语言,导致控制器软件开发过程繁琐,出现了调试困难、开发周期长、系统稳定性差等问题。针对以上问题,本论文以开发一款高可靠性、性能优秀、更具开放性的运动控制器为研究目标,对运动控制编程语言标准PLCopen进行了研究,在以DSP+FPGA为主控单元的硬件平台上,实现了运动控制器的开发。论文主要工作包括:首先,根据PLCopen标准完成了运动控制器内核设计,实现在控制软件编程中将逻辑控制和运动控制相结合,并依照PLCopen定义的运动控制功能块模型,设计和开发了运动控制功能模块库,包括单轴运动模块和多轴运动模块。其次,对运动控制模块的内部算法进行深入研究。实现了包括梯形规划、S形规划、基于加减速时间规划在内的三种速度控制算法在单轴基本模块中的应用,并对单轴扩展模块的实现算法进行了研究,实现了包括单轴暂停运动、单轴继续运动、单轴附加运动和单轴连续运动等多个扩展模块。实现了多轴直线运动插补算法,提出圆心偏移法对现有的圆弧插补算法进行修正,并对电子齿轮、电子凸轮等多轴扩展运动模块算法进行了研究和实现。通过对运动模块算法进行软件仿真,验证了算法的有效性和准确性。再次,根据运动控制系统的软件需求,设计了系统软件的总体框架和功能模块,并在DSP/BIOS实时内核中实现了任务调度,同时为用户提供了二次开发的两种工具——API函数库和PLC编辑环境。最后,采用运动控制器作为核心开发了自动开槽机控制系统,对控制器的功能和性能进行了实例验证。测试结果表明该控制器具有较好的开放性和性能,便于维护和升级,满足开放式运动控制器的要求。
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