基于ARM9的PCB钻孔机运动控制器设计.pdf

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1、基于ARM9的PCB钻孔机运动控制器设计马杰，游有鹏(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)DesignofMotionControlSysteminPCBDrillingMachineToolsBasedonARM9MAJie，YOUYou—peng(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NaNingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：针对PCB钻孔机运动系统的高速度、高划和位置控制等角度，提升运动控制系统的

2、性能，从精度以及高可靠性要求，设计了一种基于ARM9和而满足PCB钻孔机对运动控制系统的要求。,C／OS—II操作系统的运动控制器。重点讨论运动1硬件电路设计控制器的硬件电路设计、软件架构设计、速度规划算法和位置控制算法，以满足系统的高性能要求。整个PCB钻孔机数控系统主要由工控机和基关键词：ARM9；软硬件设计；速度规划；位置控于ARM9的嵌人式运动控制器组成，其硬件电路如制图1所示。中图分类号：TP273文献标识码：A光栅信号文章编号：1001—2257(2013)01—0033一O3Abstract：Thispaperintroduceadesign

3、formotioncontroller．whichbasedonARM9anduc／OS—IIoperationsystemandmeettherequire—mentsofhighspeedandhighprecisioninmotioncontro1．Usingaseriesofmethodsmeetthere—quirementsofhighprecisioninmulti—axiscontrolsystem．Keywords：ARM9；softwareandhardwarede-sign；velocityplanning；positioncontr

4、ol0引言图1硬件电路近年来，手机、笔记本电脑等电子产品更新换代工控机主要用于人机界面及对整个运动系统的越来越快，并且不断向轻薄短小、多功能、高可靠性指令生成与协调控制，它与运动控制器之间的信息以及低成本化方向发展，因此市场对PCB制造技术交换由传输速度为100Mbit／s的以太网提供。ARM9作为运动控制的主控芯片负责接收运动数提出了更高的要求。PCB数控钻孔机作为PCB制据并进行处理，最终通过FPGA及A／D转换电路造过程中的主要设备，为更好的适应市场需求，继续向高速度、高精度和高可靠性方向发展口]。对外部电机及信号量进行控制。此外，系统使用网络通信，

5、需要计算机通过串口向运动控制器下载IP根据PCB钻孔机运动系统的性能要求，设计了一种基于ARM9和~c／os—II操作系统的运动控地址、MAC地址等网络参数，这些参数最终由ARM写入EEPR0M以固化。系统软件存储在制器。该运动控制器着重从软件架构设计、速度规NORFLASH中，运行时可将程序及数据“搬运”到收稿日期：2012一O9—2OSRAM中，以提高系统运行速度。《机械与电子)2013(1)·33·ARM9的PCB作台移动及z轴频繁启停，不可避免引起机床振2运动控制器软件设计动、影响钻孔精度等。因此，高效、平滑的运动轴升图2所示为运动控制器软件系统的

6、层次化体系降速性能对PCB钻孔机具有特殊重要性口j。结构。整个系统共分为3个层次：数控软件层、实时现有的PCB钻孔机控制系统的速度规划通常操作系统层和硬件驱动层。采用直线型加减速算法，使用该方法规划的速度曲磊序解释模线如图3所示。直线型加减速算法计算简单，机床⋯件层⑩控制响应快、效率高，但其生成的速度曲线不够平滑，在加减速阶段存在着加速度突变的现象，会导致机床的振动，影响钻孔质量，可应用于要求不高的钻孔机实时操作系统层控制。为进一步改善升降速性能，系统还提供了s型曲线加减速算法，使用该方法规划的速度曲线如⑩⑩@硬件驱动层图4所示。S型曲线加减速规划后的速度

7、曲线平(，E三、。P—RoM读写驱一动一(、亘No三r～三—F—la——sh—驱——动一滑，而且加速度变化可控，能有效减少机床振动_3]。———————————图2系统的层次化体系结构数控软件层根据数控系统的功能应用划分为：通讯模块、程序解释模块、运动模块、监控模块和位置控制模块。其中，通讯模块主要实现ARM与工控机之间的以太网通讯功能；程序解释模块主要完图3直线加减速的速度曲线成数控代码的解释；监控模块主要对控制对象的运动状态进行监测，并根据监测的结果进行相应处理；运动模块主要实现速度规划、插补等功能；位置控制模块主要完成各坐标轴的位置闭环控制。数控软件

8、层的各个模块由实时操作系统进行调度，在定时器图4S型曲线加减速的速