【正文】 總線、 PCI 局部總線通訊功能； 2． 控制器 均 可在 Windows 平臺下工作，可使用 VB、 VC++、 Delphi 等高級語言進行編程 控制 ； 3． 通過采用特殊的中斷方式，一般都具有很好的實時性，并具有Windows 系統(tǒng)的多任務性； 4． 均為多軸聯(lián)動系統(tǒng)，具有直線和圓弧插補功能； 5． 均可進行位置及速度控制，在啟動和停止階段具有加速度控制，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)響應特征； 6． 可對交、直流伺服電機及液壓伺服馬達進行控制。 能同時控制多軸，有的還包含了運動軌跡插補算法及包含有前饋補償功能的 PID 算法，這為多軸的伺服電機的控制帶來極大的方便。這類運動控制器通常都能提供多軸協(xié)調(diào)運動控制 與復雜的運動軌跡規(guī)劃、實時的插補運算、誤差補償、伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。 以 PC 機作為信息處理平臺，運動控制器以插卡形式嵌入 PC 機，即PC+運動控制器的模式。另外 ,由于硬件資源 的限制，這類控制器的圓弧插補算法通常都采用逐點比較法，插補的精度也不高，特別是對于 如模具雕刻這樣的 需要 大量的小線段連續(xù)運動的場合，不能使用這類控制器。但由于數(shù)據(jù)傳輸速度、運算速度的限制，復雜的控制算法和功能很難實現(xiàn)。 常用的專用電機控制芯片有 LM62 MAX31 HCPL1100 等 ， 用一個芯片即完成速度曲線規(guī)劃、 PID 伺服控制算法、編碼器信號的處理等多種功能。此方案 成本相對較低，但速度較慢 ， 精度不高 ， 采用的元器件較多，可靠性低，體積比較大，而且控制參數(shù)不易更改，軟硬件設計工作量大 ， 在一些只需要低速點位運動控制和對軌跡要求不高的輪廓運動控制場合應用。 以 803 8088 等通用微處理器為核心器件， 外加存儲器、編碼器信號處理電路及 D/A 轉(zhuǎn)換電路等組成控制系統(tǒng)。 2． 硬件方面 ， 利用 PC 通用平臺，可以建立開放式的模塊化結(jié)構(gòu)的伺服運動控制系統(tǒng)，同時伺服控制器的模塊化 為 直接利用計算機做伺服控制算法的研究和實時監(jiān)控提供了方便，也為多軸聯(lián)動參數(shù)匹配設計提供了方便，在高性能的硬件支持下，為進一步研制開發(fā)更高性能的智能型伺服模板打 下基礎，也為運動控制系統(tǒng)的級聯(lián)運行及并入網(wǎng)絡構(gòu)成 FMC、 FMS 與 CIMS 創(chuàng)造了條件。 尤其是在 需要大量軌跡插補運算的運動控制系統(tǒng)中 ，具有 PC 總線的計算機 系統(tǒng)由于其豐富的軟件資源而得到越來越廣泛的應用?；诠I(yè) PC 的運動控制器可以利用 PC 強大的軟件環(huán)境和技術支持，擺脫專用封閉式控制系統(tǒng)的束縛和不便，樹立運動控制系統(tǒng)的新概念。 計算機技術的發(fā)展在工業(yè)控制領域?qū)е铝思夹g面貌的迅速改變。數(shù)控技術的 發(fā)展趨勢就是采用運動控制器的開放式的數(shù)控系統(tǒng)。 PC機 運動控制器 驅(qū)動器及接口 伺服電機、編碼器 編碼器反饋 圖 11 典型的開放式數(shù)控系統(tǒng)模型 Typical model for opentype NC system 3 運動控制器是 通過由 電機驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)對設備進行運動控制，以實現(xiàn)預定運動軌跡目標的裝置，它是數(shù)控系統(tǒng)中的重要部件。 指構(gòu)成系統(tǒng)的各硬件模塊 、 功能軟件的選用不受單一供應商的控制 ， 可根據(jù)其功能 、 可靠性及性能要求相互替換 ， 而不影響系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)運行。 CNC 系統(tǒng)的功能 和 規(guī)?？梢造`活設置 、 方便修改 ， 既可增加硬件或軟件構(gòu)成功能更強的系統(tǒng) ， 也可以裁減其功能以適應低端應用 。 系統(tǒng)的功能軟件與設備無關即應用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式 ， 交互模型控制機理 ， 使構(gòu)成系統(tǒng)的各功能模塊可來源于不同的開發(fā)商 ， 并且通過一致的設備接口 ， 使各功能模塊能運行于不同供應商提供的硬件平臺之上 。 通過提供標準 化接口 、 通信和交互機制 ， 使不同功能模塊能以標準的應用程序接口運行于系統(tǒng)平臺之上 ， 并獲得平等的相互操作能力 。 開放式數(shù)控系統(tǒng)能夠在多種平臺上運行 ， 可以和其他系統(tǒng)互操作 ， 并能給用戶提供一種統(tǒng)一風格的交互方式 。 開放式運動控制系統(tǒng)的研究始于 1987 年 ， 美國空 軍 在 美國政府資助下發(fā)表了著名的 NGC（ 下一代控制器 ） 研究計劃 ， 提出了開放體系結(jié)構(gòu)控制器的 2 概念和開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標準規(guī)格 （ OSACA） 。 開放式數(shù)控系統(tǒng)已成為當今數(shù)控技術的發(fā)展方向 [1]， 研究 開發(fā) 開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要目的是解決變化頻繁的需求與封閉控制系統(tǒng)之間的矛盾 ， 從而建立一個統(tǒng)一的可 重構(gòu)的系統(tǒng)平臺 ， 增強數(shù)控系統(tǒng)的柔性 。 此外 ， 專用的硬軟件結(jié)構(gòu)也限制了系統(tǒng)本身的持續(xù)開發(fā) ， 使系統(tǒng)的開發(fā)投資大 、 周期長 、 風險高 、更新?lián)Q代慢 、 不利于數(shù)控產(chǎn)品的技術進步 。 隨著技術的進步 ， 市場競爭的加劇 ， 這種專用體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)越來越暴露出其固有的缺陷 。 DSP III 目 錄 摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................ 1 開放式運動控制技術概述 ............................................................................... 1 開放式數(shù)控系統(tǒng) ........................................................................................ 1 基于 PC 機的開放式運動控制器 ............................................................. 2 開放式運動控制器研究現(xiàn)狀、不足及發(fā)展趨勢 ........................................... 4 運動控制器的分類 .................................................................................... 4 國內(nèi)外開放式運動控制器的研究現(xiàn)狀 .................................................... 5 目前基于 PC 的運動控制器存在的不足 ................................................. 6 基于 PC 的開放式運動控制器的發(fā)展趨勢 ............................................. 7 課題來源及主要研究內(nèi)容 ............................................................................... 8 第 2 章 伺服系統(tǒng)控制關鍵技術研究 ........................................................................ 9 運動系統(tǒng)的控制技術概述 ............................................................................... 9 伺服電機控制原理 ........................................................................................... 9 交流伺服電機介紹 .................................................................................... 9 交流伺服電機的控制模式 ...................................................................... 10 伺服電機的 PID 調(diào)節(jié)方案 ..................................................................... 11 參數(shù)曲線的時間分割插補算法 ..................................................................... 14 時間分割插補原理 .................................................................................. 14 參數(shù)曲線自適應插補算法 ...................................................................... 14 NURBS 插補原理 ........................................................................................... 17 NURBS 插補介紹 .................................................................................... 17 三次 NURBS 曲線的數(shù)學描述 .............................................................. 17 NURBS 曲線插值原理 ............................................................................ 19 本章小結(jié) ......................................................................................................... 21 第 3 章 PCI 和 USB 總線規(guī)范與操作 ..................................................................... 22 PCI 總線 ........................................................................................................... 22 PCI 總線的基本概念 ................................................................................ 22 PCI 總線的特點 ........................................................................................ 22 PCI 局部總線信號定義 ............................................................................ 23 PCI 總線協(xié)議基礎 .................................................................................... 24 USB 總線 ......................................................................................................... 27 USB 的優(yōu)點 .............................................................................................. 27 USB 系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu) .............................................................................. 27 USB 數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu) .................................................................................. 29 USB 的控制傳輸與中 斷傳輸 .................................................................. 30 USB 軟件編程基礎 .................................................