基于DSP的多轴运动控制器的研究与设计

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本文首先阐述了运动控制器的研究现状和发展趋势,在分析其原理和结构的基础上,对运动控制器的关键技术做了详细的介绍,根据其性能要求和技术指标,提出了基于DSP+FPGA的总体设计方案,并完成了系统硬件设计和软件设计。 运动控制器的核心处理器为TI公司的16位定点数字信号处理器TMS320LF2407A。文中给出了TMS320LF2407A的最小系统的设计,包括:时钟电路、JTAG调试接口、复位电路。系统扩展了64K程序存储器和64K数据存储器,扩展64K程序存储器的主要目的是方便使用仿真器进行在线调试。通过采用高速DSP芯片能使整个控制系统具有更高的效率、更高的实时性,完全能满足数控加工的实时性要求。由Xilinx公司的XC2S100实现了正交编码器信号输入电路、脉冲控制信号输出电路和I/O口的设计。完成了4轴模拟量控制信号输出电路和串行通信接口的设计。模拟电路和数字电路采用独立的电源供电,以提高系统抗干扰能力。另外还给出了硬件设计提高电磁兼容性的一些具体措施。 本文对加减速控制算法、插补算法和位置控制算法作了详细的论述。为了减小系统冲击,采用S型曲线加减速控制算法对加减速进行控制。采用逐点比较法和数据采样法插补算法对运动轨迹进行拟合,并给出了算法流程图。位置控制采用偏差PID控制技术。运动控制器是一个多任务控制系统,用循环轮流和中断优先相结合的办法解决了各任务如何分配CPU资源的问题,采用这种方法可以提高系统的实时性。 最后对本文的研究内容进行了总结,对未来的发展作了展望。
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