IP核技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著通用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，運(yùn)動(dòng)控制器作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)自動(dòng)化控制類產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用在制造、信息、運(yùn)輸、包裝、儲(chǔ)存、銷售、測(cè)試、航空、航天、國(guó)防等產(chǎn)品當(dāng)中。比較分析運(yùn)動(dòng)控制器與微電子技術(shù)的發(fā)展可以看出，微電子學(xué)的發(fā)展是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大技術(shù)推動(dòng)力。因此，將IP(Intellectual Property)核等最新的微電子技術(shù)引入到運(yùn)動(dòng)控制器的研究當(dāng)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 針對(duì)這種情況和相關(guān)研究項(xiàng)目的自身特點(diǎn)，本課

2、題提出了基于IP核技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)方案。該方案依照自頂向下(Top-Down)的設(shè)計(jì)思想，在推導(dǎo)出空間曲線數(shù)字積分插補(bǔ)算法的基礎(chǔ)上，對(duì)所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器IP軟核分模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)和測(cè)試，最后綜合生成符合要求的運(yùn)動(dòng)控制器IP軟核。設(shè)計(jì)的IP軟核可以實(shí)現(xiàn)以下功能：①空間直線、圓弧、螺旋線的插補(bǔ)運(yùn)算功能；②三軸聯(lián)動(dòng)、三軸控制任意兩軸聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)控制：③最高插補(bǔ)運(yùn)算速度可以達(dá)到5×10<'5>次/秒；④誤差小于一個(gè)插補(bǔ)當(dāng)量：⑤具有與微處理器的接

3、口，接口數(shù)據(jù)寬度可選擇為8位、16位、32位其中之一。本課題在IP核技術(shù)設(shè)計(jì)方法的指導(dǎo)下，在易于使用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)、易于綜合、易于測(cè)試的原則指導(dǎo)下主要做了以下研究工作：首先，推導(dǎo)了空間直線、圓弧、螺旋線的數(shù)字積分插補(bǔ)算法，并采用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證；其次，對(duì)所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器IP軟核進(jìn)行了模塊劃分，并采用Verilog HDL語(yǔ)言，在Quartus Ⅱ5.0平臺(tái)下對(duì)所劃分的時(shí)序信號(hào)發(fā)生器模塊、存儲(chǔ)模塊、算術(shù)邏輯運(yùn)算模塊、基于狀

4、態(tài)機(jī)原理的控制器模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；最后，分別針對(duì)Quartus Ⅱ5.0平臺(tái)和EPFlOK50RC240-3器件，驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制器IP軟核的性能及功效，同時(shí)也論證了理論分析的正確性和設(shè)計(jì)方法的合理性。 本課題設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器IP軟核，不僅可以用于傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，還可以通過(guò)改變算法和接口應(yīng)用于全數(shù)字型的閉環(huán)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。該設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)的NC硬件插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制方案相比。設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器具有體積小