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嵌入式工业运动控制器的研制

张林  
【摘要】:本文主要基于ARM芯处理器LPC2132单片机及可编程逻辑器件FPGA构建数控系统硬件的可行性,在充分利用ARM芯片LPC2132资源的基础上,对低成本、高性能的多轴数控系统进行了设计与研究。论文主要工作如下: 首先,介绍了数控系统当前发展现状及几种构成方案,重点描述了运动控制器的原理。在此基础上,设计了嵌入式数控系统的结构。 其次,研究了工业运动控制器的关键技术——二次插补算法。探讨了软件实现粗插补、FPGA芯片实现硬件精插补的策略。实现了运动控制器的二次插补算法。研究了伺服运动控制系统并建立了数学模型,并就系统性能作出分析。 再次,介绍了数控系统的嵌入式硬件实现,并结合硬件电路给出了具体的软件设计。结合传统PID算法,研究了模糊PID智能控制,并将模糊PID应用到运动控制器中。详细给出系统各部分硬件电路的设计及原理图,并根据系统需求分析确定了ARM处理器芯片LPC2132和定位控制芯片FPGA的选型。 最后,针对圆网印花激光雕刻控制系统的特殊要求,建立了整体数控系统。首先描述了圆网印花工艺,据此建立了圆网印花雕刻数控系统,并介绍了其在圆网印花中的应用过程。 本文采用二次插补法,通过软件完成粗插补,硬件实现精插补的方法,研制开发了工业运动控制器。所设计的控制器在结构上实现了激光雕刻和圆网印花中提出的各方面要求。 最后作者对本文的研究内容做了总结,并对基于嵌入式的高速运动控制技术的发展作了展望。


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