目录
摘要........................................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)
1.1 课题研究背景 (1)
1.2开放式数控系统概况及基本特征 (2)
1.3 运动控制器发展趋势 (3)
1.4 研究目的与研究内容 (4)
1.5 本章小结 (5)
第二章运动控制器总体结构规划 (6)
2.1 运动控制器的可重构特性 (6)
2.1.1 可重构控制器特点 (6)
2.1.2 可重构控制器硬件组成 (8)
2.2 多轴运动控制器的控制技术 (9)
2.2.1 闭环控制系统 (9)
2.2.2闭环伺服系统控制模式 (10)
2.2.3 多轴同步控制 (11)
2.3 多轴运动控制器总体结构 (11)
2.3.1 运动控制器原理 (12)
2.3.2运动控制器同步控制方法 (12)
2.4 多轴运动控制器总体目标 (13)
2.5 本章小结 (13)
第三章运动控制器硬件设计 (14)
3.1 运动控制器核心模块总体结构 (15)
3.1.1 PC与运动控制器通信 (15)
3.1.2 总线接口模式 (16)
3.1.3 主控制器核心模块 (17)
3.2 DSP内部模块 (17)
3.2.1 XINTF (18)
3.2.2片内通信SPI模块 (19)
3.2.3 SCI模块 (20)
3.2.4 ePWM 及eQEP模块 (21)
3.2.4 定时器、通用I/O及中断 (25)
3.3 CPLD (26)
3.3.1 CPLD定义 (26)
3.3.2 CPLD内部功能模块 (26)
3.4 双口RAM (28)
3.4.1 双口RAM定义 (28)
3.4.2 双口RAM消息传递机制 (29)
3.5外围电路 (30)
3.5.1 电源管理 (30)
3.5.2 复位电路 (32)
3.5.3 电平转换电路 (32)
3.5.4 非门逻辑 (33)
3.6 DA转换 (33)
3.6.1 PWM进行DA转换原理 (33)
3.6.2 隔离电路 (35)
3.6.3 滤波电路 (35)
3.6.4 放大调整电路 (36)
3.6.5 差分放大电路 (37)
3.7差分转换电路 (37)
3.8 本章小结 (38)
第四章运动控制器的软件实现 (39)
4.1 CPLD程序编程 (39)
4.1.1 V erilog HDL硬件描述语言 (39)
4.1.2 编码器计数 (41)
4.1.3 双口RAM逻辑 (42)
4.1.4 总线通信及中断 (43)
4.2 PC端驱动程序编写及双口RAM内部规划 (43)
4.2.1 Win Driver简介 (43)
4.2.2 Win Driver体系 (44)
4.2.3 使用Win Driver生成ISA设备驱动程序 (44)
4.3 速度规划与插补运算 (45)
4.3.1 速度规划 (45)
4.3.2 DDA插补算法 (47)
4.3.3 插补算法的具体实现 (49)
4.4 本章小结 (50)
第五章运动控制器调试平台搭建及调试 (51)
5.1 运动控制器调试平台机械结构设计 (51)
5.1.1 三维精密移动工作台的总体设计目标 (51)
5.1.2 三维精密移动工作台的详细设计 (51)
5.2 运动控制器平台测试方案 (54)
5.3 通信模块测试 (55)
5.4 运动控制器功能测试 (57)
5.4.1 PC端控制程序 (58)
5.4.2 运动控制器端程序 (60)
5.4.3 插补指令执行 (62)
5.5 本章小结 (63)
第六章总结及展望 (64)
6.1 论文工作总结 (64)
6.2 未来工作展望 (65)
参考文献 (66)
致谢 (68)
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 (69)
第一章绪论
制造业作为基础产业，其水平高低反映出一个国家工业发达的程度。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中更将先进制造业作为重点领域及优先主题。先进制造技术对于提高“中国制造”产品含金量，确保产品具有较强的竞争力都至关重要。目前世界各国都在加强有关领域的研究，如美国的先进制造技术计划、关键制造技术计划，并且已取得许多成果。鉴于运动控制技术作为产业的关键组成部分，它已成为先进制造技术一个主要发展方向。
1.1 课题研究背景
运动控制起源于早期的伺服控制(Servomechanism)。简单地说，运动控制就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。早期的运动控制技术主要是伴随着数控（CNC）技术、机器人技术（Robotics）和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC 方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。通用运动控制器的发展成为市场的必然需求，美国在通用运动控制器发展上已经较为成熟，并且已将运动控制器应用于多个领域，如数控技术、机械制造及医疗技术等。[1] [2]我国对于运动控制产品的需求巨大，但是国内类似的通用运动控制器产品类型较少，因此仍需要购买其他国家的产品。正是由于存在供与求的矛盾，使得运动控制器在我国有着良好的发展前景。
通用运动控制器的发展趋势是以DSP芯片作运动控制处理器，将PC机作为主处理平台，PC机将运动指令通过一定方式发送至DSP芯片,DSP芯片将指令转化为对电机的实际控制。这种结构称为“PC+运动控制器”模式。既能发挥PC机高效的信息处理能力和与运动控制器的运动轨迹控制能力有机的结合在一起，具有信