基于固高运动控制卡数控系统设计

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1、淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第57页共57页1绪论1．1运动控制技术基础1.1.1运动控制系统简介运动控制起源于早期的伺服控制，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，使其按照预期的轨迹和规定的运动参数（如速度、加速度参数等）完成相应的动作。实际应用中，运动控制系统是由运动控制器、功率放大驱动器、伺服电机、起反馈作用的传感器、加上一些传动机械系统部件组成。运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心、以传感器为信号元件，以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。运动控制系统通常有开环控制和闭环控制两种形式。图1-1为开环运动控制系统的典型构成。在

2、开环控制系统中，系统的输出量对控制作用没有影响，既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统的输入端与输入量进行比较。采用步进电机的位置控制系统就是开环控制系统的例子。步进驱动与控制器只是按照指令位置运动，不必对输出信号（即实际位置）进行测量。在闭环控制系统中，作为输入信号与反馈信号之差的作用误差信号被传送到控制器，以便减小误差，并且使系统的输出达到希望的值。闭环控制系统的优点是采用了反馈，因而使系统的响应对外部干扰和内部系统的参数变化均不敏感。这样，对于给定的控制对象，有可能采用不太精密且成本较低的元件构成精确的控制系统，采用交流伺服电机的位置控制系统（如图1-2所示）就

3、是闭环控制系统的一个例子，安装在电机轴上的编码器不断检测电机轴的实际位置（输出量），并反馈回伺服驱动器与参考输入位置进行比较，PID调节器根据位置误差信号，控制电机正转或反转，从而将淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第57页共57页电机位置保持在希望的参考位置上。1.1.2运动控制器运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心、以传感器为信号元件，以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。与传统的数控装置相比，运动控制器具有以下特点：（1）功能更加强大，可以实现多种运动轨迹

4、控制，是传统数控装置的换代产品；（2）结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用于不同场合、不同功能需求的控制系统；（3）操作简单，在PC上简单编程即可实现运动控制，不一定需要专门数控软件。目前，运动控制技术由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。与此相适应，运动控制器从以单片机、微处理器为核心或以专用芯片(ASIC)为核心处理器的运动控制器，发展到了基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器[1]。这种开放式运动控制器，充分利用DSP的计算能力，进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差

5、补偿和运动学、动力学计算，使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳；充分利用DSP和FPGA技术，使系统的结构更加开放，可根据用户的应用要求进行客制化的重组，设计出个性化的运动控制器。基于PC总线的开放式运动控制器已成为当今自动化领域应用最广、功能最强的运动控制器。1．2开放式数控系统简介1.2.1开放式数控系统的典型结构淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第57页共57页随着工业PC机的高速发展，虽然基于PC的开放式数控系统的价格大幅度降低，但是它的可靠性却大为提高，利用PC的高速数据处理能力，原来由硬件完成的功能可由软件来代替实现，而且借助于PC技术可方便地实现图形界面、网络通

6、讯，而且随计算机技术发展而升级换代，其初步具有了良好的开放性，因此以工业PC机为核心的控制系统已经被工业控制领域所接受，基于PC机的开放式数控系统已成为数控技术发展的一个重要趋势。基于PC机的开放式数控系统大致可分为三种类型，其基本结构如下：（1）NC+PC主板结构此数控系统把PC机作为NC的部件嵌入数控系统当中，用内部总线相连接，PC和NC连接在一起构成前、后台结构，形成多微处理器数控系统。这种结构的NC部分是传统的数控系统，用户无法进入到数控系统的核心，只能利用PC丰富的软件资源，满足开放性要求。这种结构的优点是原来的NC不必改动，既保持了原来NC系统的功能，又具有数据传送速度

7、快、系统响应时间短等特点，缺点是不能充分发挥PC机的潜力，开放性受到一定程度的限制，系统造价无法降低，这类数控系统要么提供PC机的前端接口，要么直接将PC机的母板嵌入NC中。各知名的数控系统制造商主要应用此种结构的数控系统，原因是这些制造商既不愿放弃传统成熟的技术，而又需要PC机的柔性和开放性，于是采用了这种折衷的解决方案。因为计算机技术的发展，硬件的标准化和成本不断降低，这种开放式数控系统结构只是个过渡。（2）PC+运动控制板结构此结构的数控系统是在通用PC机的扩展