基于单片机的多轴运动控制器的编程与实现-论文.pdf

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1、2014年第19卷第3期和宁软放字既学报2014Vo1．19No．3JournalofNanningPolytechnic基于单片机的多轴运动IJ器的编程与实现周文军(南宁职业技术学院机电工程学院，广西南宁530008)f摘要】运动控制技术涵盖了几乎所有的工业领域，在各种复杂的场合中已有成熟的运动控制器，但其成本高，且不易系统集成，对于低速空间运动等小型控制系统并不合适。基于单片机直接控制各轴速度以实现空间运动的编程方法可满足该类小型控制系统的需求，用该方法制作的一种多轴运动控制器，其可移植性好，系统集成容易。成

2、本低廉。试验表明该方法控制效果良好。【关键词】多轴运动控制器；单片机编程方法；空间运动【中图分类号ITM一39【文献标识码】A【文章编号]1009—3621(2014)03—0097-041．引言光电隔lI电机驱运动控制技术在国民经济和国防建设中所起离JI动单片机光电隔II电机驱的作用及其应用的范围越来越大，正在不断地深入多轴运离JL动到各个领域并迅速地向前推进，其应用范围已经涵动控制一一～一光一电隔一f一I电机驱器离IL动盖了几乎所有的工业领域。目前的运动控制器有三光电隔Il电机驱类：以单片机或者微处理器作为核

3、心的运动控制壅Il器、以专用芯片作为核心处理器的运动控制器，以位置检测及基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器图1多轴运动控制的系统结构的开放式运动控制器。其中后两类控制器主要用于一些复杂控制的场合，成本较高。在低速空间运动系统采用步进电机作为执行电机，因为步进电控制和对轨迹要求不高的轮廓控制中，是需要严格机的转角位移量总是和输人的电脉冲数相等，且无控制成本的，通常采用第一类运动控制器。目前研累积定位误差一，一在一系一统一中一即使一一将它作为开环执行机究的第一类运动控制器都需要设计专门的复杂的构也能保证运

4、动精度。在本系统中增加了关键位置控制电路和控制软件，用于多轴运动控制时将更复检测反馈电路，可对初始位置的设定和对关键位置杂，且可移植性差。基于此，本文提出一种直接控制进行实时校正，能充分保证系统的控制精度要求。各轴速度以实现空间运动的单片机编程方法，并用步进电机可使用单片机输出控制信号驱动，也可该方法设计一种基于单片机的高效的多轴运动控使用配套的步进电机驱动器，本系统为了便于集制器来满足这一需求【1]。成，采用后者。这样驱动控制信号比较简单，只需2．基于单片机的多轴运动控制器的系统结构要从单片机控制器发送脉冲和方

5、向即可，脉冲总多轴运动控制器的系统结构如图1所示，系统量正比于步进电机转动总量，方向信号为高电平和由基于单片机的多轴运动控制器、光电隔离输出电低电平分别对应正反转。本系统的信号传递经过光路、步进电机驱动器、步进电机执行机构以及位置耦隔离，可大大减少控制器和外部电路之间的相互检测反馈电路等5部分组成。干扰【2l。【收稿日期】2013—12-30【网络出版1http：／／www．cnki．net／kcms／detail／45．1268．C．201【作者简介】周文军(1981一)，男，湖南祁东人，南宁职业技术学院讲师，

6、工程师，主要从事焊接机器人焊缝自动跟踪研究。o周文军基于单片机的多轴运动控制器的编程与实现3．基于单片机的多轴运动控制器的编程目标已运动时间为t，3．1多轴运动控制器的基本控制目标则角度0是与t多轴运动控制器的基本目标是控制多轴运动，成正比的一个已使执行目标能作各种空间曲线运动，运动过程平滑知值。二轴的速流畅，实际轨迹与理论设计轨迹应基本一致。度分别为：Vx=3．2执行机构的电机驱动分析V’sin0．Vy=V。本系统采用步进电机作为执行电机，使用专用cos0。所以要求的步进电机驱动器，单片机多轴运动控制器需要控单

7、片机的输出二图3作圆周运动时速度分解原理图制产生一定序列的脉冲信号和高低电平的方向信轴的脉冲频率分别为：k·V·sin0和k·V·cos{}。号。控制器在某轴上输出的脉冲个数与在该轴上的4．基于单片机的多轴运动控制器的编程实现位移成正比，因此，要控制各轴的实时运动速度，就4．1多轴运动控制器主程序功能需要控制输出至该轴的实时脉冲频率。系统控制由主程序和定时中断子程序分工实系统的设计应该满足各种空间曲线运动要求，现。主程序需完成也就是需先按设计的运动轨迹进行实时速度分解，定时器初始化，同然后乘以比例系数k则得到单片

8、机应输出至各轴时，还需要计算运的实时脉冲频率。其中，比例系数k与步进电机的动的实时速度。对单脉冲转动角位移、轴的螺纹牙距正比，与步进电于控制执行机构作机驱动器分频系数、减速器的减速比成反比。移植匀速直线运动，需本方法至其他多轴控制系统时，系数k可以按系统要设定一个初始速相应的参数进行理论计算得到，也可以由试验测度V0和记录运动得。对于一个确定的系统，其系数k是一个固定值。