【正文】 使用 VB、 VC++、 Delphi 等高級(jí)語言進(jìn)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(shí)時(shí)性，并具有Windows 系統(tǒng)的多任務(wù)性； 4． 均為多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能； 5． 均可進(jìn)行位置及速度控制，在啟動(dòng)和停止階段具有加速度控制，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征； 6． 可對(duì)交、直流伺服電機(jī)及液壓伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。 能同時(shí)控制多軸，有的還包含了運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)算法及包含有前饋補(bǔ)償功能的 PID 算法，這為多軸的伺服電機(jī)的控制帶來極大的方便。這類運(yùn)動(dòng)控制器通常都能提供多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 控制與復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、實(shí)時(shí)的插補(bǔ)運(yùn)算、誤差補(bǔ)償、伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。 以 PC 機(jī)作為信息處理平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制器以插卡形式嵌入 PC 機(jī)，即PC+運(yùn)動(dòng)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(bǔ)算法通常都采用逐點(diǎn)比較法，插補(bǔ)的精度也不高，特別是對(duì)于 如模具雕刻這樣的 需要 大量的小線段連續(xù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，不能使用這類控制器。但由于數(shù)據(jù)傳輸速度、運(yùn)算速度的限制，復(fù)雜的控制算法和功能很難實(shí)現(xiàn)。 常用的專用電機(jī)控制芯片有 LM62 MAX31 HCPL1100 等 ， 用一個(gè)芯片即完成速度曲線規(guī)劃、 PID 伺服控制算法、編碼器信號(hào)的處理等多種功能。此方案 成本相對(duì)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(shè)計(jì)工作量大 ， 在一些只需要低速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制和對(duì)軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合應(yīng)用。 以 803 8088 等通用微處理器為核心器件， 外加存儲(chǔ)器、編碼器信號(hào)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(tái)，可以建立開放式的模塊化結(jié)構(gòu)的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)伺服控制器的模塊化 為 直接利用計(jì)算機(jī)做伺服控制算法的研究和實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了方便，也為多軸聯(lián)動(dòng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)提供了方便，在高性能的硬件支持下，為進(jìn)一步研制開發(fā)更高性能的智能型伺服模板打 下基礎(chǔ)，也為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)運(yùn)行及并入網(wǎng)絡(luò)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(bǔ)運(yùn)算的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中 ，具有 PC 總線的計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)由于其豐富的軟件資源而得到越來越廣泛的應(yīng)用?；诠I(yè) PC 的運(yùn)動(dòng)控制器可以利用 PC 強(qiáng)大的軟件環(huán)境和技術(shù)支持，擺脫專用封閉式控制系統(tǒng)的束縛和不便，樹立運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的新概念。 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)е铝思夹g(shù)面貌的迅速改變。數(shù)控技 術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)就是采用運(yùn)動(dòng)控制器的開放式的數(shù)控系統(tǒng)。 PC 機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制器 驅(qū)動(dòng)器及接口 伺服電機(jī)、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 基于 PCI 和 USB 總線的開放式運(yùn)動(dòng)控制器開發(fā) 3 運(yùn)動(dòng)控制器是 通過由 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡目標(biāo)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(yīng)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(yùn)行。 CNC 系統(tǒng)的功能 和 規(guī)模可以靈活設(shè)置 、 方便修改 ， 既可增加硬件或軟件構(gòu)成功能更強(qiáng)的系統(tǒng) ， 也可以裁減其功能以適應(yīng)低端應(yīng)用 。 系統(tǒng)的功能軟件與設(shè)備無關(guān)即應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式 ， 交互模型控制機(jī)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(shè)備接口 ， 使各功能模塊能運(yùn)行于不同供應(yīng)商提供的硬件平臺(tái)之上 。 通過提供 標(biāo)準(zhǔn)化接口 、 通信和交互機(jī)制 ， 使不同功能模塊能以標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口運(yùn)行于系統(tǒng)平臺(tái)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(tái)上運(yùn)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(fēng)格的交互方式 。 開放式運(yùn)動(dòng)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(jì)劃 ， 提出了開放體系結(jié)構(gòu)控制器的基于 PCI 和 USB 總線的開放式運(yùn)動(dòng)控制器開發(fā) 2 概念和開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 （ OSACA） 。 開放式數(shù)控系統(tǒng)已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)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(gè)統(tǒng)一 的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái) ， 增強(qiáng)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(zhǎng) 、 風(fēng)險(xiǎn)高 、更新?lián)Q代慢 、 不利于數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步 。 隨著技術(shù)的進(jìn)步 ， 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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 基于 PCI 和 USB 總線的開放式運(yùn)動(dòng)控制器開發(fā) IV 目 錄 摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................ 1 開放式運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)概述 ............................................................................... 1 開放式數(shù)控系統(tǒng) ........................................................................................ 1 基于 PC 機(jī)的開放式運(yùn)動(dòng)控制器 ............................................................. 2 開放式運(yùn)動(dòng)控制器研究現(xiàn)狀、不足及發(fā)展趨勢(shì) ........................................... 4 運(yùn)動(dòng)控制器的分類 .................................................................................... 4 國內(nèi)外開放式運(yùn)動(dòng)控制器的研究現(xiàn)狀 .................................................... 5 目前基于 PC 的運(yùn)動(dòng)控制器存在的不足 ................................................. 6 基于 PC 的開放式運(yùn)動(dòng)控制器的發(fā)展趨勢(shì) ............................................. 7 課題來源及主要研究?jī)?nèi)容 ............................................................................... 8 第 2 章 伺服系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究 ........................................................................ 9 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制技術(shù)概述 ............................................................................... 9 伺服電機(jī)控制原理 ........................................................................................... 9 交流伺服電機(jī)介紹 .................................................................................... 9 交流伺服電機(jī)的控制模式 ...................................................................... 10 伺服電機(jī)的 PID 調(diào)節(jié)方案 ..................................................................... 11 參數(shù)曲線的時(shí)間分割插補(bǔ)算法 ..................................................................... 14 時(shí)間分割插補(bǔ)原理 .................................................................................. 14 參數(shù)曲線自適應(yīng)插補(bǔ)算法 ...................................................................... 14 NURBS 插補(bǔ)原理 ............................................................................................ 17 NURBS 插補(bǔ)介紹 ..................................................................................... 17 三次 NURBS 曲線的數(shù)學(xué)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 基于 PCI 和 USB 總線的開放式運(yùn)動(dòng)控制器開發(fā) PCI 總線的特點(diǎn) ........................................................................................ 22 PCI 局部總線信號(hào)定義 ............................................................................ 23 PCI 總線協(xié)議基礎(chǔ) .................................................................................... 24 USB 總線 ......................................................................................................... 27 USB 的優(yōu)點(diǎn) .............................................................................................. 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