基于FPGA的逐点比较圆弧插补算法设计.doc

文档介绍：二○一三届毕业设计
基于FPGA逐点比较圆弧插补算法设计
学院:电子与控制工程学院
专业:电子科学与技术
姓名:……..
学号:………
指导教师:……..
完成时间:2013年5月
二〇一三年五月
摘要
本课题主要是研究基于VHDL实现数控系统中的逐点比较圆弧插补,要求圆弧运动过程平滑,在各象限能顺利过渡,并有较小的设计误差,能与运动控制部分很好的集成,实现较高的切割频率。
本课题采用QuartusII软件来调试程序,并进行波形仿真。主要的工作如下:
理解数控系统中逐点比较圆弧插补算法的原理及其实现方法;
通过硬件描述语言VHDL在FPGA上实现上述算法;
完成圆弧插补的仿真与测试。
关键词:VHDL,FPGA,逐点比较法,QuartusII
ABSTRACT
This topic mainly studies based on VHDL realization of point by parison circular arc interpolation in nc system, the movement for arc process smooth, in each quadrant can smooth transition, and a relatively small design error, can very good integration with motion control part, realize the high frequency of cutting.
This subject adopts software QuartusII to debug program and waveform simulation. The main work is as follows:
1. C system the principle of point by parison in circular arc interpolation algorithm and its realization method
2. Through the hardware description language VHDL FPGA to realize the above algorithms.
3. Finish arc interpolation of simulation and test
KEY WORDS: VHDL, FPGA, point-by-parison, QUARTUS II
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章绪论 1
1
2
FPGA的优点 2
FPGA的设计流程 2
第二章设计方案选择 4
4
4
第三章逐点比较法原理 5
5
6
7
7
7
8
第四章圆弧插补算法VHDL实现 8
9
11
11
12
第五章总结与展望 14
致谢 16
参考文献 17
第一章绪论
概述
逐点比较法的基本原理是被控对象在按要求的轨迹运动时,每走一步都要与规定的轨迹进行比较,由此结果决定下一步移动的方向。逐点比较法既可以作直线插补又可以作圆弧插补。这种算法的特点是,运算直观,插补误差小于一个脉冲当量,输出脉冲均匀,而且输出买成速度变化小,调节方便,因此在两坐标数控机床中应用较为普遍。
在零件加工中,理想加工轨迹是刀具中心轨迹应与零件轮廓形状一致,但实际应用时往往用一小段直线或圆弧去逼近,从而使得控制算法简单,计算量减小。插补算法是确定刀具中心运动轨迹的计算方法;插补计算就是对数控系统输入基本数据(如直线的起点、终点的坐标,圆弧的起点、终点、圆心的坐标等)运用一定的插补算法计算,计算结果可用来图形仿真或作为刀的进给数据。目前插补算法有很多种,与其它插补方法相比,逐点比较法是一种控制算法简单、进给速度控制方便的插补算法。逐点比较法插补既可以作直线插补,又可作圆弧插补。
本文将介绍逐点比较法圆弧插补的基本原理,并进行相应的仿真,使其能很好的应用到FPGA上。
国内外发展现状
目前数控系统所使用的插补器多为软件插补器,软件插补器虽然有很多优点,但软件插补受计算机软件运算速度限制,插补的速度、精度等性能指标难以满足高速实时控制的要求