资源描述：
《计算机并行口运动控制系统的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、长江大学学报(自然科学版)2008年3月第5卷第1期:理工·64·JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Mar12008,Vol15No11:Sci&Eng计算机并行口运动控制系统的设计王洁,叶献方(长江大学电子信息学院,湖北荆州434023)[摘要]提出了一种基于计算机并行口的运动控制系统的设计方案。该方案采用了基于计算机并行口EPP协议的多功能控制板Y3002,极大地简化了控制系统的结构,并能够有效降低系统的成本。以VisualC++610编写的控制系统软件为前
2、后台结构模式,并运行于以RTX为实时扩展的Win2000操作系统。该软件还具有G代码解释功能,并实现了运动控制系统的实时、精确控制。[关键词]并行口;运动控制;实时操作系统;G代码;VC++[中图分类号]TG659;TP273[文献标识码]A[文章编号]167321409(2008)012N064204[1]运动控制系统(MotionControlSystem)一般可划分为3类:①以单片机或微处理器作为核心的运动控制系统,仅应用于一些只需要低速点位运动控制和对轮廓精度要求不高的运动控制场合;②以专用芯片
3、(ASIC)作为核心处理器的运动控制系统,由于受硬件资源的限制,这类系统圆弧插补算法通常采用逐点比较法,插补精度不高。它在单轴的点位控制场合是基本满足要求的,但无法满足要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的场合,以及大量的小线段连续运动的场合;③基于PC总线、以DSP和FPGA为核心的开放式运动控制系统,它采用了“PC+运动控制器”模式,能提供多轴协调运动控制与复杂的运动轨迹规划、实时的插补运算、误差补偿和伺服滤波算法,能够实现闭环控制。但其核心部分还是依赖于专用运动控制卡,整个系统的硬件尚未达到通用化。
4、笔者在第3类运动控制系统的基础上,提出了一种实时性强的运动控制系统,使系统硬件最小化,成本最低化,且具有高精度、高数据处理能力,从而满足现代工业对运动控制系统高实时性的要求。1控制系统硬件设计111系统硬件结构基于计算机并行口的运动控制系统硬件基础为一块基于计算机并行口EPP协议的多功能控制板Y3002,该板采用外置式的控制结构,克服了计算机内部总线的多样性造成的不便,不必考虑计算机的内部插槽标准和数目限制。采用外置式的控制结构能使系统硬件与软件在形式上分离,可以不必打开计算机而直接在计算机外部进行系统
5、维护,系统故障修复和软件升级相对简单。系统的机械平台为一台小型三坐标装置,其中,X、Y轴为水平方向轴,Z轴为垂直方向轴,U轴为辅助轴,4轴均采用开环位置控制形式。运动控制系统电气结构如图1所示。由计算机发出的各种控制信号通过并行口传给多功能控制板Y3002,脉冲和方向等信号经Y3002处理后输送给电机驱动器,从而实现各轴的运动控制;Y3002的开关量输入(DI)部分用于检测各轴的行程开关和回零信号。计算机通过并行口即可检测上述信号,以实现对各轴进行行程保护和回零定图1运动控制系统电气结构位功能。[收稿日
6、期]2007212223[作者简介]王洁(19802),女,2003年大学毕业,硕士生,现主要从事自动检测与控制方面的研究工作。第5卷第1期:理工王洁等:计算机并行口运动控制系统的设计·65·112控制板结构计算机并行口EPP模式下的数据传输周期可达μs级,如果使用一般的单片机来控制外设与EPP的通讯则很难满[2]足高速要求。该系统利用大规模可编程逻辑器件IspLSI1032E具有高速和大容量的特性来设计多功能控制板Y3002的接口电路(见图2),使系统的集成度与可靠性得到提高。该板具有开关量输入/输出
7、、模拟量输入/输出功能,能实现4轴开环独立控制,并支持2轴编码器或光栅尺的反馈输入,可满足更高精度运动控制的开发和应用要求。在该系统设计中,IspLSI1032E的OUT06和OUT07分别产生X/Y图2控制板Y3002结构轴和Z/U轴的时钟脉冲触发,端口1(OUT10～OUT17)对AT89C2051输出各轴脉冲数,端口2的低4位(OUT20～OUT23)分别用于输出各轴的运动方向信号。AT89C2051均匀输出的位移脉冲与方向信号一起经由差分变换后输出至电机驱动器。2系统软件设计211实时操作系统R
8、TX及其应用利用多媒体定时器、系统定时中断和多线程机制,Windows操作系统理论上可以达到毫秒级的定[3]时中断。但是该定时中断是基于消息机制的,任何事件都是通过在消息队列排队完成的。当系统资源被无限期占用,或是系统定时器中断被更高优先级的中断所占用时,系统便不能实时中断。此外,其系统的工作方式为抢占式,内部的时间管理函数并不能实现等间隔的时间控制。因此,Windows操作系[4]统本质上是一种弱实时操作系统,其实时性难以保证,而运动控制
