基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统的研发

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandDevelopmentofThree-DimensionEngravingCNCSystemBasedonDSPandFPGAMajor：DetectionTechnologyandAutomaticEquipmentCandidate：LiaoZhiSupervisor：Prof．YangFanHubeiWuhan430074，P．R．ChinaMay,2010咖2¨j』●I㈣8棚7㈣

2、9M7，劓¨¨i●—_ⅢY摘要数控系统是数控雕刻机的控制核心，其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着数控雕刻机的加工质量与加工效率，对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。本文针对国产数控雕刻机现状和市场需求，研发了基于高性能DSP新型雕刻机数控系统，以提高国产雕刻机数控系统的性价比和市场竞争力，并为雕刻机最终用户改善产品质量、提高生产效率、节约生产成本提供有效手段。在雕刻机控制系统实现上，将数控技术与嵌入式系统的应用有机结合起来，根据雕刻机控制系统的设计需求，确定了数控系统总体设计方案。采用TI公司主推的32位定点数字信号处理器TMS320F2812作为下位机控制系统

3、核心处理单元，并将其与FPGA相结合来取代目前市场上主流的单片机与工控机相结合的联机控制，采用模块化设计思想，根据控制电路分担任务的不同，分模块进行了雕刻机控制系统软硬件详细设计，使得系统设计灵活性和工作可靠性大大提高。在速度控制中，本课题结合了步进电机的转矩．频率特性和微处理器计算能力，提出了抛物线加减速控制方法，合理的利用了微处理器的资源，同时使电机的升、降速过程快而且平稳；在轨迹控制中，对普通数字积分插补算法进行改进，运用了快速数字积分插补算法，使控制器对插补过程的运算效率更高，减小了控制器的运算压力。实际试验证明了本文所提的基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统设计方

4、案的可行性和可靠性，具有很强的应用价值。关键词：雕刻机，数控系统，DSP，速度和轨迹控制武汉工程大学硕士学位论文IlAbstractTheCNCsystemisthecriticalpartofCNCengravingmachines．Thequalityandefficiencyofengravingprocessmainlydependonthe如nctionsandperformanceofCNCsystems．AgoodCNCsystemisimportanttothepriceandthemarketofengravingmachine．Fromthecurrents

5、tateofhomelandengravingmachinesandaimingattherequirementsofusers，thisthesisintroducesanewtypeCNCsystemforengravingmachinesbasedonDSP．ThetypeofCNCsystemcanimprovetheperformanceofmachinew“hlowerpnceandthecompetingofmarketofengravingmachines，whichprovidesawaytoreformtheengravingquality,toimprov

6、etheefficiencyandtosavethecostofprocess．Inthispaper，thenumericalcontroltechnologyandembeddedsystemwereconnected，Ihaveproposedtheengravingmachinecontrolsystemfordesignrequlrements，andplannedanumericalcontrolsystemdesignscheme．ImplementationoftheschemeisusingaTIFeatured32。bitfixed．pointdigital

7、signalprocessor(DSP)TMS320F2812asthelowerpositioncontrolsystemcoreprocessingunitandFPGAwerecombinedtoinsteadofthegroupofsinglechipmicrocontrollerandindustrialcomputer(IC)asthecoreofcontroller,．andweusingmodulardesignconcept，underthecontrolcircuitsh