运动控制器系统软件设计及运动平滑处理研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文摘要近年来，随着市场对运动控制器需求的不断扩大，用户对运动控制器功能要求多样化。研究和开发具有开放式结构运动控制器，具有重要的实用价值和意义。鉴于DSP强大的高速实时处理能力和丰富的外设功能以及FPGA的硬件逻辑控制性能，采用DSP+FPGA相结合的运动控制器已成为开放式运动控制器的主流，并被广泛应用。论文以基于DSP+FPGA的运动控制器为硬件平台。简单介绍了运动控制器的硬件结构和主要寄存器，并在运动控制器硬件资源基础上设计和开发系统软件。采用层次化和模块化设计思想，把系统软件分为三层：应用层、功能层

2、和硬件驱动层。其中应用层属于上位软件，功能层和硬件驱动层为下位软件。并详细设计系统主程序，上位机和下位机通讯以及库函数。论文实现了运动控制器的关键技术，包括速度控制、插补算法和位置伺服控制。在速度控制中，论文详细分析比较了梯形和S形加减速控制曲线的原理和特点，并编程实现了这两种加减速控制曲线。插补算法研究中，系统主要采用数据采样插补算法，并详细研究了直线和圆弧插补算法且编程实现。在圆弧终点判断实现过程中，采用一种新的终点判断方法—角度终点判断。位置伺服算法中采用典型的PID算法，实现系统平稳运行。由于运动控制器功能需求越来越大，除

3、了具有基本的直线和圆弧插补功能外，复杂曲线插补也必不可少。论文详细叙述了复杂曲线（NURBS）基本理论，介绍了NURBS曲线插补算法，并对NURBS曲线插补过程中误差进行计算，减少插补误差，编程实现NURBS曲线插补算法。论文从提高软件可靠性和代码运行速度角度，介绍了软件开发平台和代码优化方法。对各个模块和系统整体进行调试，使系统的功能和性能达到预期标准。应用于数控系统的运动控制器一般采用位置伺服控制，为了使运动控制器应用范围广泛，论文在位置伺服控制的基础上加入了速度环控制，提高了运动控制器的插补精度和运行速度。关键词：DSP，F

4、PGA，运动控制器，加减速控制，PID，NURBSI杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTInrecentyears,asthemarketforthegrowingdemandformotioncontroller,theusers’functionalrequilementsofthemotioncontrolleraremorediversification.Ithasimportantpracticalvalueandsignificancetoresearchanddevelopthemotioncontrolle

5、rofopenframework.MotioncontrollersbasedonDSP+FPGAarebecomingthemaintrendofopen–architecturemotioncontrollerbecauseDSPhastheadvantageofsuper-high-speedreal-timeprocessingcapabilitiesandabundantperipheralsandFPGAhastheadvantageofhardwarelogiccontrolperformance.Thepaper’

6、shardwareplatformisbasedonthemotioncontrollerofDSP+FPGA.Itintroducesthehardwarestructureandmainregisters,anddesignsanddevelopsthesystemsoftwarebasedonhardwareresourcesofthemotioncontroller.Adoptingtheideaofhierarchicalandmodulardesign,thesystemsoftwareisdividedintofou

7、rlayer:theapplicationlayer,functionallayerandthehardwaredriverlayer.Theapplicationlayerbelongstotheuppersoftware,andfunctionallayerandthehardwaredriverlayerbelongtothenext-bitsoftware.Thepaperdesignsdetailedlythemainprogramofsystem,thecommunicationsofhostcomputerandth

8、enext-bitcomputeraswellasthelibraryfunctions.Thepaperachievesthekeytechnologiesofmotioncontrol,includingthespeedcontrol,inte