独立式四轴可编程运动控制器分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内

2、容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要运动控制来源于伺服控制技术，是一种精确控制运动部件的速度、位置的技术。最初，运动控制技术主要应用在数控机床上，用于加工各种零部件所需，且通用性较差，多为单一类型机器定制开发。随着工业化的不断进步，运动控制器逐渐发展为可编程的运动控制板卡形式，在通用性上较之前有极大提高，适用范围也更加广泛，在印刷业、机械加工、工业机器人控制等各个领域都有广泛应用。随着微电子技术的不断进步，运动控制器也

3、越来越向集成化发展。基于ARM+FPGA架构的运动控制器便是集成化发展的必然产物，ARM具有丰富的外设资源及高速的运行频率，可以简便地实现人机交互功能，FPGA由于其超强的逻辑运算能力，可以用于实现运动控制算法。本系统设计实现了一款基于ARM+FPGA架构的独立式四轴可编程运动控制器。所谓独立式是指，本系统可以独立地完成运动控制功能，而无需其他的CPU配合完成；四轴是指系统最多可以同时控制四个伺服系统一起运动；可编程是指用户可直接在本系统的CPU上编程以进行二次开发。在硬件设计上，设计并实现了基于ARM和FPGA的双核运动控制电路，包含液

4、晶显示及触摸模块、电机驱动模块等，制作样板并完成了调试及验证工作。在算法设计上，实现了直线及曲线加减速，直线插补及圆弧插补，并经过试验测试验证其可行性。本论文设计的圆弧插补及三维直线插补算法是一个创新点，其中在圆弧插补上应用了Bresenham算法，并设计了一种基于角度最小的三维直线插补算法，以保证插补精度。在软件设计上，设计了人机交互界面及底层驱动程序、ARM和FPGA的串口通信程序、FPGA中步进电机直线及S曲线加减速算法、四轴插补运动控制算法。并设计了一整套的API控制接口，用户可在此基础上，基于自己的实际运动场合，使用C语言直接在

5、ARM中进行程序开发，可极大地降低二次开发难度，并提高系统的可扩展性。实验结果表明，此运动控制器可以保证运行过程不失步不过冲，加减速过程平滑，在插补运动上，可以实现二维的直线、曲线插补，三维直线插补，设计的人机交互界面可方便地实现部分简单的运动控制功能，提供的API接口可以方便地根据实际的应用场合进行开发定制。关键词：独立式，四轴，可编程，运动控制器，ARMIABSTRACTABSTRACTMotioncontrolbytheearlydevelopmentofservocontrol,isakindofspeedandpositiono

6、fthemovingpartsofreal-timeprecisecontroltechnology.Initially,themotioncontroltechnologyismainlyusedinthenumericalcontrolmachinetool,usedforprocessingvariouspartsrequired,andpoorgenerality,mostlysingletypemachinecustomdevelopment.Alongwiththeadvanceofindustrialization,thed

7、evelopmentofprogrammablemotioncontrollerhasbeengraduallyformofmotioncontrolboard，witchwashigherthanbeforeinthegenerality,theapplicablescopeisalsomorewidely,intheprintingindustry,mechanicalprocessing,industrialrobotcontrolandotherfieldshaveextensiveapplication.Withtheconst

8、antprogressofmicroelectronicstechnology,motioncontrollerbytheoriginalindustrialcomputerincombina