[發(fā)明專利]一種多軸聯(lián)動運動控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410087227.4
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103901822A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉新華;鄭顯華;陳小虎;李生鵬;王冬冬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 徐州支點知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32244
• 代理人: 李中華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種運動控制系統(tǒng)，具體是一種多軸聯(lián)動運動控制系統(tǒng)，屬于控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著制造業(yè)的發(fā)展，為滿足私人定制、小批量生產(chǎn)的趨勢，對數(shù)控機床的通用性及柔性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的專用封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，目前占據(jù)著制造行業(yè)大部分市場，如Siemens系統(tǒng)、Fanuc系統(tǒng)等，但這類系統(tǒng)需要專門的開發(fā)工具，功能擴展性、維修等受到供應(yīng)商的限制。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，開放式數(shù)控系統(tǒng)因其具有可移植性、可協(xié)同性、可擴展性等優(yōu)勢，正逐步的成為數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，如PC嵌入NC結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC結(jié)構(gòu)、SOFT結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。但目前此類開放式數(shù)控系統(tǒng)在高速通信、網(wǎng)絡(luò)功能、多CPU總線架構(gòu)體系、智能化、可靠性等方面還需更大的提高。

對于一個數(shù)控系統(tǒng)來說，其最重要的目的是通過運動控制器收發(fā)指令來控制各個軸電機按照指定精度、速度等性能指標(biāo)實現(xiàn)數(shù)控加工。常見的運動控制器是基于大規(guī)模集成電路、微處理器、專用芯片等為核心架構(gòu)的控制器，但此類控制器軟硬件工作量比較大、精度不高，對于要求多軸聯(lián)動且高速軌跡插補的控制則無法實現(xiàn)?；诂F(xiàn)場總線的以數(shù)字處理器為核心的開放式運動控制器，因其具有高速運算、集成度高、軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好等特點，此類控制器得到了較為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。但就目前來看，此類控制器大多價格昂貴，技術(shù)還不成熟，控制精度不高、數(shù)據(jù)傳輸速率慢、插補方式落后，故還未形成一種通用的、系列化應(yīng)用于市場的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種多軸聯(lián)動運動控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速度快、控制精度高、開放性好、可靠性高，能夠很好的滿足現(xiàn)階段大多數(shù)用戶對多軸聯(lián)動運動數(shù)控系統(tǒng)的要求，通用性高。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種多軸聯(lián)動運動控制系統(tǒng)，包括上位機、下位機、雙口RAM、伺服驅(qū)動器和電機；所述數(shù)字信號微處理器DSP通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與雙口RAM相連，所述數(shù)字信號微處理器DSP通過光電隔離與伺服驅(qū)動器相連，伺服驅(qū)動器輸出端與電機輸入端相連；還包括PCI總線、PCI接口芯片、光柵尺、光電隔離和編碼器，所述下位機由復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和數(shù)字信號微處理器DSP組成；

所述雙口RAM通過地址總線和數(shù)據(jù)總線與PCI接口芯片相連，PCI接口芯片通過PCI總線與上位機相連；

所述數(shù)字信號微處理器DSP通過控制總線與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD相連，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD通過光電隔離與光柵尺相連；

所述電機輸出端與編碼器輸入端相連，編碼器輸出端與伺服驅(qū)動器輸出端相連。電機、伺服驅(qū)動器和編碼器設(shè)有若干個且數(shù)量相同，且每一個電機對應(yīng)連接一個伺服驅(qū)動器和編碼器。

進(jìn)一步地，數(shù)字信號微處理器DSP連接有擴展SPRAM。

進(jìn)一步地，數(shù)字信號微處理器DSP連接有擴展JTAG。

進(jìn)一步地，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD通過光電隔離連接有I/O設(shè)備。

作為優(yōu)選，I/O設(shè)備設(shè)有通用的I/O接口。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1）本發(fā)明以下位機作為總控制器，結(jié)合PCI總線技術(shù)和雙口RAM存儲技術(shù)的優(yōu)勢，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)著數(shù)控系統(tǒng)中各個軸的運動；而以伺服驅(qū)動器作為執(zhí)行元件，控制著每個電機的實際運行。下位機和伺服驅(qū)動器各司其職，相互配合，使各自的長處得到了充分的發(fā)揮。

（2）本發(fā)明雙口RAM是上位機與下位機共同的存儲器，具有兩組數(shù)據(jù)總線和地址總線，實現(xiàn)了PCI總線與數(shù)字信號微處理器DSP之間高速的數(shù)據(jù)緩沖和交換。

（3）本發(fā)明設(shè)有光柵尺，實時檢測工作臺的位置并反饋至下位機，實現(xiàn)了本控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，從而提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率和品質(zhì)。

（4）本發(fā)明伺服驅(qū)動器根據(jù)數(shù)字信號微處理器DSP發(fā)送的控制脈沖指令進(jìn)行插補，同時由插補運算計算的理論位置與編碼器反饋的實際位置進(jìn)行比較得出跟隨誤差，然后對誤差進(jìn)行補償后形成電機的實際位置，并據(jù)跟隨誤差計算出速度指令值，最后產(chǎn)生PWM脈沖控制電機運行，提高了軌跡控制的精確度。

（5）本發(fā)明具有高速、高精度、開放性好、可靠性高等的特點，能夠很好的滿足的現(xiàn)階段大多數(shù)用戶對多軸聯(lián)動運動數(shù)控系統(tǒng)的要求，通用性高，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性價比高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電原理框圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。