文档介绍：杭州电子科技大学
硕士学位论文
运动控制器系统软件设计及运动平滑处理研究
姓名:胡文莉
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:周亚军
20091101
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
近年来,随着市场对运动控制器需求的不断扩大,用户对运动控制器功能要
求多样化。研究和开发具有开放式结构运动控制器,具有重要的实用价值和意义。
鉴于 DSP 强大的高速实时处理能力和丰富的外设功能以及 FPGA 的硬件逻辑控制
性能,采用 DSP+FPGA 相结合的运动控制器已成为开放式运动控制器的主流,并
被广泛应用。
论文以基于 DSP+FPGA 的运动控制器为硬件平台。简单介绍了运动控制器的
硬件结构和主要寄存器,并在运动控制器硬件资源基础上设计和开发系统软件。
采用层次化和模块化设计思想,把系统软件分为三层:应用层、功能层和硬件驱
动层。其中应用层属于上位软件,功能层和硬件驱动层为下位软件。并详细设计
系统主程序,上位机和下位机通讯以及库函数。
论文实现了运动控制器的关键技术,包括速度控制、插补算法和位置伺服控
制。在速度控制中,论文详细分析比较了梯形和 S 形加减速控制曲线的原理和特
点,并编程实现了这两种加减速控制曲线。插补算法研究中,系统主要采用数据
采样插补算法,并详细研究了直线和圆弧插补算法且编程实现。在圆弧终点判断
实现过程中,采用一种新的终点判断方法—角度终点判断。位置伺服算法中采用
典型的 PID 算法,实现系统平稳运行。
由于运动控制器功能需求越来越大,除了具有基本的直线和圆弧插补功能
外,复杂曲线插补也必不可少。论文详细叙述了复杂曲线(NURBS)基本理论,
介绍了 NURBS 曲线插补算法,并对 NURBS 曲线插补过程中误差进行计算,减
少插补误差,编程实现 NURBS 曲线插补算法。
论文从提高软件可靠性和代码运行速度角度,介绍了软件开发平台和代码优
化方法。对各个模块和系统整体进行调试,使系统的功能和性能达到预期标准。
应用于数控系统的运动控制器一般采用位置伺服控制,为了使运动控制器应
用范围广泛,论文在位置伺服控制的基础上加入了速度环控制,提高了运动控制
器的插补精度和运行速度。

关键词:DSP,FPGA,运动控制器,加减速控制,PID,NURBS

I
杭州电子科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
In recent years, as the market for the growing demand for motion controller,
the users’functional requilements of the motion controller are more
has important practical value and significance to research and develop the motion
controller of open framework. Motion controllers based on DSP+FPGA are ing
the main trend of open–architecture motion controller because DSP has the advantage
of super-high-speed real-time processing capabilities and abundant peripherals and
FPGA has the advantage of hardware logic control performance.
The paper’s hardware platform is based on the motion controller of DSP+FPGA.
It introduces the hardware structure and main registers,and designs and develops the
system software based on hardware resources of the motion controller. Adopting the
idea of hierarchical and modular design, the system software is divided into four layer:
the application layer,functional layer