基于USB的運動控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、運動控制，是一種自動控制技術(shù)，是當代數(shù)字控制技術(shù)的一個重要分支，它是用數(shù)字化信號對控制對象的位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)矩等進行精確控制的方法。由于對運動的控制計算量相當之大，因此傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)大都采用計算機與控制板卡實現(xiàn)。近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，各種低成本、低功耗、高穩(wěn)定性、強實時性的新型微控制器越來越多地出現(xiàn)，并將逐漸取代計算機而成為數(shù)字控制系統(tǒng)的“心臟”。本文所介紹的正是一種以嵌入式微控制器為核心的運動控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。

2、 本文闡述了運動控制系統(tǒng)的基本工作原理，在分析了多種軟、硬件設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，最終提出了一種嵌入式氣動標記機的總體設(shè)計方案，并給出了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及實際應(yīng)用方法。對實現(xiàn)系統(tǒng)的微控制器及外圍電路作了詳細介紹，并著重討論了基于數(shù)控理論的三軸運動控制系統(tǒng)的算法、軟件設(shè)計及在硬件平臺上的實現(xiàn)。 本系統(tǒng)以μPSD3234A-40U6芯片為中央控制單元。該芯片集成了8032內(nèi)核，在外圍擴展了大容量Flash存儲器、PLD(可編程邏輯器

3、件)等一些附加功能部件。本文在介紹了它的嵌入式硬件結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，著重分析了它的存儲器結(jié)構(gòu)、I/O口、CPLD模塊等，并討論了使用PSDsoftExpress軟件對它們進行實際操作的方法。 本系統(tǒng)通過USB(通用串行總線)接口與PC機進行數(shù)據(jù)傳輸。本文介紹了USB通信協(xié)議，并討論了系統(tǒng)中所使用的USB通用接口模塊USB20C的功能、連接方法、數(shù)據(jù)傳輸模式等。最后根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H需要給出了一套方便實用的通信規(guī)則，并最終實現(xiàn)了P

4、C機與本系統(tǒng)之間高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。 系統(tǒng)中使用了比較積分插補法，實現(xiàn)了對刀具運動軌跡的控制。本文在比較了幾種常用插補算法的基礎(chǔ)上，著重論述了比較積分法的原理以及在本系統(tǒng)中進行直線和圓弧插補的具體程序流程。此外，對于一些應(yīng)用中所遇到實際問題的處理方法，例如圓弧插補中四象限統(tǒng)一編程問題、插補過程中的誤差修正等，也作了較為詳盡的闡述。 另外，本文還對系統(tǒng)中的電源、一些外圍擴展電路、伺服電機系統(tǒng)的設(shè)置和連接等問題進行了討論。

5、最終將各部分連成整體，構(gòu)筑出了一套完整的氣動標記機系統(tǒng)。 實驗證明，本系統(tǒng)所采用的總體設(shè)計方案是完全正確的。本設(shè)計方案從實際應(yīng)用出發(fā)，綜合考慮了性能指標、成本、抗干擾能力、合理的元器件布局和機械、電氣結(jié)構(gòu)等因素。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，軟、硬件都經(jīng)過了反復(fù)的分析、論證、實驗、調(diào)試和修改，最終通過了系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)，較好地實現(xiàn)了各項技術(shù)指標，基本滿足了現(xiàn)場的實際應(yīng)用要求，達到了預(yù)期的設(shè)計目標。 本課題屬于開發(fā)研究型課題，是為實際應(yīng)用