[發明專利]多軸步進電機插補控制器及多軸步進電機運動控制卡

無效

• 申請號: 201110221728.3
• 申請日: 2011-08-04
• 公開（公告）號: CN102291073A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 楊秀增;蔣志年
• 申請（專利權）人: 廣西民族師范學院
• 主分類號: H02P8/00
• 分類號: H02P8/00;H02P8/22
• 代理公司: 北京爾海知識產權代理事務所 11266
• 代理人: 葉萬東

技術領域

本發明涉及步進電機的控制，更具體地說是涉及一種多軸步進電機插補控制器及一種多軸步進電機運動控制卡。

背景技術

隨著現代加工制造業的迅猛發展，普通三軸數控機床已滿足不了人們對加工零件的要求，多軸數控機床由于能加工異型、復雜的零件曲面，因而在現代加工制造業中，特別是在航天、航空、軍事工業中得到廣泛地應用，因此，研究高精度、高性能的多軸數控機床已經成為整個機床行業的研究重點。多軸運動控制卡是多軸數控機床的重要組成部件，作為數控機床的下位控制單元，它與PC機構成主從式控制結構，能對步進電機進行復雜邏輯處理、速度控制、聯動控制等。計算機控制步進電機的常用方法是在計算機內部安裝運動控制卡，該運動控制卡的輸出插頭與步進電機驅動電路相連接，控制步進電機運行。

插補控制器是機床數控系統的基本單元，用來完成運動軌跡的擬合。隨著加工零件結構復雜程度的提高，對數控系統的插補控制器性能也有了更高的要求，不僅要求插補控制器具有高精度、高速度，還要求具有多軸聯動控制功能，以便于對復雜曲面零部件進行加工。目前廣泛采用具有五軸聯動線性插補功能的插補控制器，但是，目前數控系統采用的多為軟件插補器，其對數控指令的軌跡的插補計算是采用CPU通過軟件計算各個軸發出的脈沖量和速度，直接由軟件插補器發出脈沖指令信號控制各個軸的驅動。由于該計算通常是以軟件計數中斷服務程序來實現，因而機床的軸數越多，程序行就越長。通常一個三軸的中斷插補服務程序要幾十行，考慮到CPU的指令周期，每個插補周期就會較長，這樣就限制了軸數擴展和插補運行速度的提高。而新近出現的采用基于DSP+FPGA設計結構的多軸運動控制卡，其DSP與FPGA完全分離，設計復雜，開發成本較高。

發明內容

針對以上情況，本發明的第一目的，在于提供一種速度快、精度高、實時性強而性價比較高的基于數字積分算法(DDA)的多軸步進電機插補控制器。

本發明的第二目的，在于提供一種能對步進電機進行復雜邏輯處理、速度控制、聯動控制、性價比高、能應用于多軸復雜數控系統中的多軸步進電機運動控制卡。

一、本發明多軸步進電機插補控制器的技術方案為：

本發明多軸步進電機插補控制器，其信號輸入端直接或間接地與上位機相連，其信號輸出端直接或間接地與步進電機功率驅動模塊的步進脈沖輸入端相連；其特別之處在于：本插補控制器包括有寄存器文件單元和任務邏輯單元；

(1)所述寄存器文件單元，是所述任務邏輯單元與上位機的數據通道，用于寄存上位機發送來的加工數據、控制信號和所述任務邏輯單元發送來的插補控制器運行狀態信號，包括有分頻因子寄存器、各軸坐標寄存器、狀態寄存器、總步進數寄存器、控制寄存器；所述分頻因子寄存器，用于寄存由上位機發來的所述任務邏輯單元可編程分頻器的分頻因子，用以調整、控制插補器的插補速度；所述各軸坐標寄存器，分別用于寄存各軸步進電機的運動終點坐標值，并作為本次數字積分器的被積函數，如果某一軸坐標值越大，意味著該軸的運動距離越遠，故而在單位時間內數字積分器應產生的步進脈沖越多；所述狀態寄存器，用于寄存表明插補控制器當前所處“閑”或“忙”的運行狀態信號，可用高或低電平來表示；所述總步進數寄存器，用于寄存各步進電機要走的總步進數總和；所述控制寄存器，用于寄存步進電機的多種控制信息，包括暫停控制信號、啟動信號和各步進電機的轉動方向控制信號；

(2)所述任務邏輯單元，用于實現多軸步進電機的聯動控制和速度控制，包括有可編程分頻器、多軸數字積分器模塊、終點判定模塊和狀態機模塊；

所述可編程分頻器，包括有系統時鐘信號輸入端、分頻因子數據輸入端和分頻信號輸出端；所述分頻因子數據輸入端與所述寄存器文件單元中的分頻因子寄存器的數據輸出端相連，所述分頻信號輸出端與所述多軸數字積分器模塊的工作時鐘輸入端相連，以根據所述分頻因子寄存器中寄存的分頻因子值對系統時鐘進行分頻，向所述多軸數字積分器模塊提供工作時鐘，從而實現步進電機的速度控制；