[實(shí)用新型]多軸步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)控制器及多軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120280870.0
• 申請(qǐng)日: 2011-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202172382U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊秀增;蔣志年
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣西民族師范學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H02P8/00
• 分類(lèi)號(hào): H02P8/00;H02P8/22
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11266
• 代理人: 葉萬(wàn)東

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及步進(jìn)電機(jī)的控制，更具體地說(shuō)是涉及一種多軸步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)控制器及一種多軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代加工制造業(yè)的迅猛發(fā)展，普通三軸數(shù)控機(jī)床已滿足不了人們對(duì)加工零件的要求，多軸數(shù)控機(jī)床由于能加工異型、復(fù)雜的零件曲面，因而在現(xiàn)代加工制造業(yè)中，特別是在航天、航空、軍事工業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用，因此，研究高精度、高性能的多軸數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為整個(gè)機(jī)床行業(yè)的研究重點(diǎn)。多軸運(yùn)動(dòng)控制卡是多軸數(shù)控機(jī)床的重要組成部件，作為數(shù)控機(jī)床的下位控制單元，它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)，能對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行復(fù)雜邏輯處理、速度控制、聯(lián)動(dòng)控制等。計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的常用方法是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部安裝運(yùn)動(dòng)控制卡，該運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出插頭與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連接，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。

插補(bǔ)控制器是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本單元，用來(lái)完成運(yùn)動(dòng)軌跡的擬合。隨著加工零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的提高，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)控制器性能也有了更高的要求，不僅要求插補(bǔ)控制器具有高精度、高速度，還要求具有多軸聯(lián)動(dòng)控制功能，以便于對(duì)復(fù)雜曲面零部件進(jìn)行加工。目前廣泛采用具有五軸聯(lián)動(dòng)線性插補(bǔ)功能的插補(bǔ)控制器，但是，目前數(shù)控系統(tǒng)采用的多為軟件插補(bǔ)器，其對(duì)數(shù)控指令的軌跡的插補(bǔ)計(jì)算是采用CPU通過(guò)軟件計(jì)算各個(gè)軸發(fā)出的脈沖量和速度，直接由軟件插補(bǔ)器發(fā)出脈沖指令信號(hào)控制各個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)。由于該計(jì)算通常是以軟件計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而機(jī)床的軸數(shù)越多，程序行就越長(zhǎng)。通常一個(gè)三軸的中斷插補(bǔ)服務(wù)程序要幾十行，考慮到CPU的指令周期，每個(gè)插補(bǔ)周期就會(huì)較長(zhǎng)，這樣就限制了軸數(shù)擴(kuò)展和插補(bǔ)運(yùn)行速度的提高。而新近出現(xiàn)的采用基于DSP+FPGA設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，其DSP與FPGA完全分離，設(shè)計(jì)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)成本較高。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)以上情況，本實(shí)用新型的第一目的，在于提供一種速度快、精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)而性?xún)r(jià)比較高的基于數(shù)字積分算法(DDA)的多軸步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)控制器。

本實(shí)用新型的第二目的，在于提供一種能對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行復(fù)雜邏輯處理、速度控制、聯(lián)動(dòng)控制、性?xún)r(jià)比高、能應(yīng)用于多軸復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)中的多軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡。

一、本實(shí)用新型多軸步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)控制器的技術(shù)方案為：

本實(shí)用新型多軸步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)控制器，其信號(hào)輸入端直接或間接地與上位機(jī)相連，其信號(hào)輸出端直接或間接地與步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)模塊的步進(jìn)脈沖輸入端相連；其特別之處在于：本插補(bǔ)控制器包括有寄存器文件單元和任務(wù)邏輯單元；

(1)所述寄存器文件單元，是所述任務(wù)邏輯單元與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通道，用于寄存上位機(jī)發(fā)送來(lái)的加工數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和所述任務(wù)邏輯單元發(fā)送來(lái)的插補(bǔ)控制器運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，包括有分頻因子寄存器、各軸坐標(biāo)寄存器、狀態(tài)寄存器、總步進(jìn)數(shù)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(jī)發(fā)來(lái)的所述任務(wù)邏輯單元可編程分頻器的分頻因子，用以調(diào)整、控制插補(bǔ)器的插補(bǔ)速度；所述各軸坐標(biāo)寄存器，分別用于寄存各軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)坐標(biāo)值，并作為本次數(shù)字積分器的被積函數(shù)，如果某一軸坐標(biāo)值越大，意味著該軸的運(yùn)動(dòng)距離越遠(yuǎn)，故而在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)字積分器應(yīng)產(chǎn)生的步進(jìn)脈沖越多；所述狀態(tài)寄存器，用于寄存表明插補(bǔ)控制器當(dāng)前所處“閑”或“忙”的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，可用高或低電平來(lái)表示；所述總步進(jìn)數(shù)寄存器，用于寄存各步進(jìn)電機(jī)要走的總步進(jìn)數(shù)總和；所述控制寄存器，用于寄存步進(jìn)電機(jī)的多種控制信息，包括暫停控制信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)和各步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)；

(2)所述任務(wù)邏輯單元，用于實(shí)現(xiàn)多軸步進(jìn)電機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制和速度控制，包括有可編程分頻器、多軸數(shù)字積分器模塊、終點(diǎn)判定模塊和狀態(tài)機(jī)模塊；

所述可編程分頻器，包括有系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)輸入端、分頻因子數(shù)據(jù)輸入端和分頻信號(hào)輸出端；所述分頻因子數(shù)據(jù)輸入端與所述寄存器文件單元中的分頻因子寄存器的數(shù)據(jù)輸出端相連，所述分頻信號(hào)輸出端與所述多軸數(shù)字積分器模塊的工作時(shí)鐘輸入端相連，以根據(jù)所述分頻因子寄存器中寄存的分頻因子值對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，向所述多軸數(shù)字積分器模塊提供工作時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制；