多軸聯(lián)動(dòng)硬插補(bǔ)數(shù)控專用芯片的研究與開發(fā).pdf

1、數(shù)控技術(shù)是伴隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械學(xué)相結(jié)合并以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制科學(xué)四大學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合性應(yīng)用科學(xué)。當(dāng)前，我國沿著經(jīng)濟(jì)、高速、高精度和高度自動(dòng)化等幾個(gè)方向發(fā)展數(shù)控技術(shù)；其中，發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)是適合我國國情的重要策略。在現(xiàn)階段，大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)是快速提高機(jī)床數(shù)控率，緩解數(shù)控人才培養(yǎng)壓力和改變數(shù)控技術(shù)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝備不足困境的有效途徑。 本文在分析了我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系

2、統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和主要構(gòu)成方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)近年來數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展所出現(xiàn)的模塊化、嵌入式、可重構(gòu)的新特點(diǎn)，提出了基于高性能嵌入式處理器（如ARM、Nios2）和低成本FPGA（如AlteraCyclone系列）的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)硬件構(gòu)成方案，設(shè)計(jì)了新方案的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，探討了軟件實(shí)現(xiàn)粗插補(bǔ)，由FPGA芯片實(shí)現(xiàn)多軸脈沖均勻分配，進(jìn)而完成硬件精插補(bǔ)的二級(jí)插補(bǔ)策略。該方案與傳統(tǒng)方案相比，具有性價(jià)比高，可升級(jí)性和可擴(kuò)展性好的突出優(yōu)點(diǎn)。 論文重點(diǎn)研

3、究了新方案中基于FPGA可重構(gòu)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)硬精插補(bǔ)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。插補(bǔ)器完成了DDA插補(bǔ)算法的硬件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了多軸輸出脈沖均勻化和四軸聯(lián)動(dòng)，并能作為自定義Avalon總線外設(shè)與通用嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)FPGA的片上或片外連接。配置后的FPGA可以作為功能完整的多軸聯(lián)動(dòng)硬插補(bǔ)芯片應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人控制等運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。 論文還給出了一個(gè)應(yīng)用硬插補(bǔ)芯片實(shí)現(xiàn)三維雕刻機(jī)的經(jīng)濟(jì)型簡易數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)例。通過SoPC技術(shù)，利用Altera公司的