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基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统的研发

廖知  
【摘要】:数控系统是数控雕刻机的控制核心,其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着数控雕刻机的加工质量与加工效率,对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。本文针对国产数控雕刻机现状和市场需求,研发了基于高性能DSP新型雕刻机数控系统,以提高国产雕刻机数控系统的性价比和市场竞争力,并为雕刻机最终用户改善产品质量、提高生产效率、节约生产成本提供有效手段。 在雕刻机控制系统实现上,将数控技术与嵌入式系统的应用有机结合起来,根据雕刻机控制系统的设计需求,确定了数控系统总体设计方案。采用TI公司主推的32位定点数字信号处理器TMS320F2812作为下位机控制系统核心处理单元,并将其与FPGA相结合来取代目前市场上主流的单片机与工控机相结合的联机控制,采用模块化设计思想,根据控制电路分担任务的不同,分模块进行了雕刻机控制系统软硬件详细设计,使得系统设计灵活性和工作可靠性大大提高。 在速度控制中,本课题结合了步进电机的转矩-频率特性和微处理器计算能力,提出了抛物线加减速控制方法,合理的利用了微处理器的资源,同时使电机的升、降速过程快而且平稳;在轨迹控制中,对普通数字积分插补算法进行改进,运用了快速数字积分插补算法,使控制器对插补过程的运算效率更高,减小了控制器的运算压力。 实际试验证明了本文所提的基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统设计方案的可行性和可靠性,具有很强的应用价值。


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