基于arm+fpga的运动控制器及算法研究

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1、工程硕士学位论文基于ARM+FPGA的运动控制器及算法研究作者姓名胡呈祖工程领域机械工程校内指导教师曾敏副教授校外指导教师程韬波研究员所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年1月ResearchonMotionControllerandAlgorithmsBasedonARMandFPGAADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuChengzuSupervisor：Prof.ZengMinChengTaoboSouthChinaUniversityofTechnolog

2、yGuangzhou,China分类号：TP271学校代号：10561学号：201321002562华南理工大学硕士学位论文基于ARM+FPGA的运动控制器及算法研究作者姓名：胡呈祖指导教师姓名、职称：曾敏副教授程韬波研究员申请学位级别：工程硕士工程领域名称：机械工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：机电控制技术及应用论文提交日期：2016年1月6日论文答辩日期：2016年3月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：石永华（教授）委员：代大山（高级工程师）、曾敏（副教授

3、）、叶峰（副教授）、吴开源（副研究员）华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名；日期；办年少月＾日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。

4、学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查喊（除在保密期内的保密论文外）；学校可公布学位论文的全部或部分内容，可允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文一。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。团＾保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。上相应方框＂＂（

5、请在Ｗ内打Ｖ）作者签名：辦Ｉ；磋Ｌ曰期：对如３指导教师签名：日期；摘要运动控制器作为数控系统的核心部件，在高端机器人、数控机床、工业自动化等领域得到了广泛的应用。本文以实际工程应用为背景，以研制高效、高可靠性、功能丰富的运动控制器为目标，对运动控制器及运动控制算法进行了研究与分析，对于实现高速、高效、高精度的运动控制具有重要的理论意义和实际应用价值。基于ARM+FPGA的硬件架构，提出了硬件设计的总体方案。设计了运动控制器的硬件电路及主控制板和扩展板，搭建了三维运动控制平台。提出了运动控制器软件设计的总体方案，基于MODBUS协

6、议，设计了串口通信程序；设计了动态链表，将上位机（触摸屏）的运动控制信息，存储到外部的EEPROM，为实际操作提供了方便。基于VerilogHDL硬件描述语言设计了ARM与FPGA的通信模块和加减速模块；设计了HMI控制界面，实现了人机交互。分析了传统逐点比较法平面直线和圆弧插补的基本原理及实现过程，并利用MATLAB进行了仿真验证。研究了改进后的逐点比较法平面直线和圆弧的插补，通过仿真对比可知，改进后的插补算法具有更高的插补效率；研究了利用逐点比较法实现空间直线插补的具体步骤。对一种空间圆弧插补算法进行了分析，仿真结果表明，该算法使得插补点

7、均位于圆弧上，不存在累积误差。阐述了梯形以及S曲线加减速算法的实现过程，在分析步进电机矩频特性和加减速特性的基础上，对步进电机加减速曲线的离散方法及速度数据表的建立方法进行了研究。最后，对运动控制器的性能及算法进行了测试，结果表明，本文设计开发的运动控制器功能和性能良好。该运动控制器已经应用于点胶机等自动化设备的控制领域，具备良好的应用前景。关键词：运动控制器；逐点比较法插补；加减速算法；仿真；VerilogHDLIABSTRACTAscorecomponentoftheNCsystem,motioncontrollershavebeenwi

8、delyappliedinthefieldsuchasadvancedrobotics,NCmachinetools,industrialautomation.To