基于DSP和CPLD的运动控制卡插补器设计.pdf

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1、２０１４年２月机床与液压Ｆｅｂ２０１４第４２卷第４期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ４２Ｎｏ４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１４０４０２８基于ＤＳＰ和ＣＰＬＤ的运动控制卡插补器设计劳奇成，王义智，李武（西安工业大学机电工程学院，陕西西安７１００３２）摘要：设计一个运动控制卡插补器。该运动控制卡是以ＤＳＰ和ＣＰＬＤ为核心的位置控制系统，插补器包含两级插补：粗插补部分采用时间分割法插补，由ＤＳＰ实现，针对时间分割法存在的问题对其算法进行了改进；精

2、插补部分采用ＤＤＡ插补法，由ＣＰＬＤ实现。关键词：插补器；运动控制；时间分割法插补；ＤＤＡ插补法中图分类号：ＴＨ－３９文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）４－０９２－３ＤｅｓｉｇｎｏｆＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣａｒｄＩｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＤＳＰａｎｄＣＰＬＤＬＡＯＱｉｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＹｉｚｈｉ，ＬＩＷｕ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎＳｈａａｎｘｉ７１００

3、３２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄｂａｓｅｄｏｎＤＳＰａｎｄＣＰＬＤｗａｓａｃｏｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒｃｏｎｔａｉｎｅｄｔｗｏｌｅｖｅｌｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｃｏａｒｓｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙＤＳＰ．

4、Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＴｈｅｆｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙＣＰＬＤ，ｉｎｗｈｉｃｈＤＤＡｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓａｄｏｐｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ；Ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；Ｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ＤＤＡｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ随着科技的不断进步，运动控

5、制系统不断向着高来实现的，数字积分法运算速度快，脉冲分配均匀，速、高精度、智能化、易操作、低成本的方向发展。易于实现多轴联动。其中高精度和高速已经成为机电系统必不可少的指ＤＤＡ插补器由４个积分器构成，每个积分器包标，这就对运动控制系统提出了更高的要求。采用括１个累加器、１个被积函数寄存器和１个控制门。ＴＩ公司ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７和ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ７１２８Ｓ插补开始前，累加器清零，被积寄存器分别存放４个芯片，使用“ＰＣ＋ＤＳＰ＋ＣＰＬＤ（ＦＰＧＡ）”的结构来轴的已经分配好的终点坐标；插补开始后

6、，每过来一设计运动控制卡，实现对电机的位置控制。运动控制个累加脉冲Ｔ，被积函数寄存器里面的内容在相应的卡插补器根据上位机给出的指令，将其转化为电机的累加器中相加一次，相加后如果有溢出则作为驱动相运动，从而达到高速、高精度的控制。应坐标轴的进给脉冲，如果没有溢出，则对应的坐标插补器是运动控制卡的关键部分，只有对插补器轴没有进给脉冲信号，而余数仍寄存在累加器中。这中的算法进行精密的设计和研究，才能实现整个运动里采用的寄存器的位数为８位，则被积函数寄存器的８控制的高速和高精度。为了达到高速、高精度的运动容量

7、为２，当脉冲源发出的累加脉冲数ｍ恰好等于８控制，文中主要是对两级插补运算的粗插补和精插补２时，此时溢出的各坐标脉冲数等于终点坐标值，进行分析和设计，粗插补是在通常的时间分割法的基则插补结束。础上进行了改进，结合此卡的情况得到一种新的方当一段插补结束后，从ＤＳＰ响应中断开始到被法，而精插补部分还是采用ＤＤＡ算法。积函数寄存器重新加载数据，积分累加器需要重新清１运动控制插补器算法介绍零。这个过程会有段时间间隔，为了确保直线插补不此运动控制卡插补轴数为四轴，各轴容量为２４因数据的转变而出现中断的情况，这里用

8、一个数据缓位。采用两级插补，粗插补是通过数据采样法通过存器可以很好地解决这个问题。大大提高了插补的效ＤＳＰ软件实现的，而精插补是通过ＤＤＡ（数字积分率，同时减少因为时序问题带来的误差。法）通过ＣＰＬＤ（ＦＰＧＡ）硬件逻辑来实现的。数据缓冲器是由４个８位的寄存器构成，用于存１１精插补放４个轴下一段精插补所对应的终点坐标，数据缓存设计的精插补部分是采用数字积分法（ＤＤＡ）器将自动加载直线插补数据到被积函数寄存器中。一收稿日期：２０１３－０１－２６作者简介：