文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
基于DSP的多轴运动控制器软件系统的研究与开发
姓名:许雄
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:朱向阳
20090201
上海交通大学硕士学位论文
基于 DSP 的多轴运动控制器软件系统的研究与开发

摘要

开放式数控技术是未来数控技术发展的主要方向之一,而运动控制
器是 PC+NC 类开放式数控系统的关键部件。本文主要针对基于 ISA 总
线、以 DSP 和 FPGA 作为核心处理器的多轴运动控制器进行深入的研究,
开发运动控制器的软件系统和相应的测试软件,并搭建数控插补平台并
进行相关验证试验。
DSP 作为运动控制器的核心处理器,采用两级定时中断:低优先级
的插补中断(1ms)和高优先级的伺服中断()。在 FPGA 中,本文
对串行 D/A 输出模块进行了设计。
论文针对 DSP 完成了底层控制程序的总体设计和开发。在插补控制
算法上,采用“前瞻”的思想,基于加速度约束计算出衔接处的进给速
度,从而实现了直线和圆弧的插补运算,并给出了在 DSP 中实现插补的
方法;在速度控制中,采用 T 型、S 型和柔性的加减速控制,满足了高
速数控加工中的速度和稳定性要求;在伺服控制中,采用 PID+速度前馈
+加速度前馈的伺服控制算法,通过调节各参数,能对大多数系统实现精
确而稳定的控制。
运动控制器测试软件采用 Visual C++ 编写,实现了 G 指令的译码、
PID 参数的读伺服与写伺服、轴状态的显示、采集数据并绘图比较等功
能,并完成了多轴运动控制器的调试工作,包括各个功能模块的调试以
及系统联调,经测试系统的功能和性能达到预期设计目标。
论文最后采用“PC 机内嵌入运动控制器”的开放式体系结构搭建数
控插补实验平台。在自主开发的底层代码基础上,可以在平台上嵌入各
种插补算法和先进的运动控制算法,具有很大的柔性。通过该平台可以
实际验证各种算法的控制精度和有效性,具有较好的应用价值。

关键词:开放式数控,运动控制器,插补器,加减速控制,伺服控制,
DSP,FPGA
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上海交通大学硕士学位论文
Software Design and Development on DSP-Based Multi-axes
Motion Controller

ABSTRACT

Open NC technology (Open architecture numerical control) is a main
developing direction of NC research, while motion controller is a key
component of PC (puter) plus NC type open system. This thesis
focuses on multi-axes motion controller, which runs on ISA bus and utilizes
DSP and FPGA as its kernel processors. We develop motion controller
software and some testing software. We also build and test C
interpolation platform with this multi-axes motion controller.
We adopt two different levels of timer interrupts for the DSP, which is
the kernel processor of the motion controller. We also design the four-axes
serial D/A output module in FPGA.
In this thesis, we design and develop the software frame of motion
controller in DSP. For motion planning, we adopt trapezoidal, S-curve and
flexible acceleration/deceleration control to meet the requirement of speed
and stability in high C. For servo control, we ad