数控多功能复合机床运动控制卡的研究
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摘要
随着数控技术的发展,开放式数控系统已成为一个重要的发展方向。作为开放式数控系统的重要组成部分,运动控制卡的研究和开发也日渐受到重视。在与企业合作开发数控多功能复合机床的过程中,发现目前市场上流行的几种运动控制卡虽然功能丰富而强大,配置灵活,但在实现高速度高精度方面的性能还没有达到所需的指标要求,为此,本课题旨在研究和开发出能具有高速高精度加工功能的运动控制卡。
首先,本文针对数控多功能复合机床对硬件设计要满足的速度、精度、实时性和开放性等的要求,并在比较各种运动控制卡设计方案的基础上,选择了基于PCI总线的“DSP+FPGA”的总体设计方案,这种方案既充分利用了FPGA资源丰富和DSP对数字信号的高速处理功能,又利用了PCI总线高速传输的功能,达到了课题所需要的运动控制卡性能要求。
然后,本文着重从应用的角度进行了运动控制卡的硬件设计,包括:DSP芯片最小系统的设计和运动控制接口电路的设计,以及运动控制卡中FPGA模块的设计,并进行了电路抗干扰研究和设计。
最后,本文对所设计的运动控制卡进行主要数控功能的测试,测试结果表明,该运动控制卡基本能够实现预期功能,且运行性能稳定。
With the development of the technology of numerical control,the open system ofnumerical control has become an important develop direction.As an important part of the open system of numerical control,the study and development of motion control board also get gradually to pay attention.In the co-development of the NC multiple function machine tools with the enterprise,it is found that some kinds of popular motion control boards on market have rich and powerful function,but they could not meet the requirements in the aspect of the high speed and high precision,this paper aims at studying and developing a motion control board that have the former function.
First,in view of the speed,precision and timeliness of the NC multiple function machine tools,and to compare each kind of movement control card design proposal,the paper has chosen based on the PCI-bus "DSP+FPGA"the overall project design.this kind of plan both has used the FPGA fruitful in resources and DSP fully to the digital signal high speed processing function,and has used the PCI-bus high speed transmission function,has achieved the movement control card performance requirement which the topic needs.
Then,from the angle of application,this paper designs the hardware of the motion control board,including:the minimum system DSP chip design and motion control interface circuit design,the design of the peripheral circuit integrated modular(FPGA).this paper also study and design the interference rejection.
At last,this paper carries out the major function tests of the motion control board,and the test results show that this board can realize above functions completely,it'scontrol precision reaches design requirements,and it's performance is stabilized.
首先,本文针对数控多功能复合机床对硬件设计要满足的速度、精度、实时性和开放性等的要求,并在比较各种运动控制卡设计方案的基础上,选择了基于PCI总线的“DSP+FPGA”的总体设计方案,这种方案既充分利用了FPGA资源丰富和DSP对数字信号的高速处理功能,又利用了PCI总线高速传输的功能,达到了课题所需要的运动控制卡性能要求。
然后,本文着重从应用的角度进行了运动控制卡的硬件设计,包括:DSP芯片最小系统的设计和运动控制接口电路的设计,以及运动控制卡中FPGA模块的设计,并进行了电路抗干扰研究和设计。
最后,本文对所设计的运动控制卡进行主要数控功能的测试,测试结果表明,该运动控制卡基本能够实现预期功能,且运行性能稳定。
With the development of the technology of numerical control,the open system ofnumerical control has become an important develop direction.As an important part of the open system of numerical control,the study and development of motion control board also get gradually to pay attention.In the co-development of the NC multiple function machine tools with the enterprise,it is found that some kinds of popular motion control boards on market have rich and powerful function,but they could not meet the requirements in the aspect of the high speed and high precision,this paper aims at studying and developing a motion control board that have the former function.
First,in view of the speed,precision and timeliness of the NC multiple function machine tools,and to compare each kind of movement control card design proposal,the paper has chosen based on the PCI-bus "DSP+FPGA"the overall project design.this kind of plan both has used the FPGA fruitful in resources and DSP fully to the digital signal high speed processing function,and has used the PCI-bus high speed transmission function,has achieved the movement control card performance requirement which the topic needs.
Then,from the angle of application,this paper designs the hardware of the motion control board,including:the minimum system DSP chip design and motion control interface circuit design,the design of the peripheral circuit integrated modular(FPGA).this paper also study and design the interference rejection.
At last,this paper carries out the major function tests of the motion control board,and the test results show that this board can realize above functions completely,it'scontrol precision reaches design requirements,and it's performance is stabilized.
引文
[1]戴晓华等.开放式数控系统研究综述.组合机床与自动化加工技术,2000,11:29-31
[2]王正兵等.开放式体系结构——数控系统发展的潮流.制造技术与机床,2002,01:23-26
[3]富大伟,刘瑞素.数控系统.北京:化学工业出版社,2005,219-235
[4]张宇.基于DSP和FPGA的运动控制卡的研究与开发:[南京航空航天大学硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2007,1-6
[5]桂蔓村.基于DSP的运动控制卡的研究与开发:[上海交通大学硕士学位论文].上海:上海交通大学,2004,1-2
[6]朱金华.基于PCI总线的DSP运动控制卡的研发:[华南理工大学硕士学位论文].广州:华南理工大学,2004,1-9
[7]张玮.运动控制卡的研究:[西安交通大学硕士学位论文].西安:西安交通大学,2002,1-3
[8]Hu Chibing,Wu Zaixin,Liu Tao,et al.The CNC SYSTEM OF GEAR MACHINING.Proceeding of 1999 International Conference on Advanced Manufacturing Technology,1999:245-258
[9]胡赤兵,丁和艳,严克明等.非圆斜齿轮滚切加工CNC联动控制方案.中国机械工程,2004,15(24):2175-2178
[10]谭伟明,胡赤兵等.非圆齿轮滚切最简数学模型及其图形仿真.机械工程学报,2001,37(5):26-29
[11]胡赤兵.齿轮加工CNC系统.机械工业自动化,1998,20(2):50-53
[12]胡赤兵,刘洪芹,李楠等.斜齿轮插削加工的CNC系统.机械研究与应用,2004,17(1):32-33
[13]胡赤兵,谭伟明,侯启真等.数控齿轮加工中的技术关键.甘肃工业大学学报,1997,23(2):46-49
[14]胡赤兵,陈慧贤,邬再新等.非圆齿轮滚切加工运动控制模型.制造技术与机床,1999,228(9):19-20
[15]郗志刚.基于DSP的运动控制器的研究与开发:[华南理工大学硕士学位论文].广州:华南理工大学,2005,9-11
[16]宋钢.基于DSP和CPLD的运动控制器的设计与研究:[电子科技大学硕士学位论文].成都:电子科技大学,2004,8-10
[17]周永喜,施群,王小椿等.基于DSP的运动控制卡的设计与实现.机械与液压,2001,3:26-29
[18]苏奎峰,吕强.TMS320X281x DSP原理及C程序开发.北京:北京航空航天大学出版社,2008,96-102
[19]张卫宁.TMS320C28x系列DSP的CPU与外设.北京:清华大学出版社,2005,102-106
[20]Instruments U.T.,TMS320C2812 Digital Signal Processor Data Manual On Single Products,2003
[21]朱为.FPGA器件及其应用.电子器件,1996,19(4):287-291
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[23]王立华.DSP系统的电源和复位电路设计.电子世界,2005,(8):29-30
[24]苏涛,蔡建隆,何学辉.DSP接口电路设计与编程.西安:西安电子科技大学出版社,2003,130-138
[25]邢增平.Protel 99 SE设计专家指导.北京:中国铁道出版社,2004
[26]张雄伟,曾铁勇.DSP芯片的原理与开发应用.成都:电子工业出版社,2002,115-126
[27]王玉政.基于PC的高速高精度开放式数控系统的硬件设计:[南京航空航天大学硕士学位论文].南京:南京航空航天大学,2006,20-36
[28]ALTERA.MAX+plus2 Handbook.
[29]卢毅,赖杰.VHDL与数字电路设计.北京:科学出版社,2001
[30]曾繁泰,陈美金.VHDL程序设计.北京:清华大学出版社,2001
[31]吴超英.基于FPGA的数控逐点比较法直线插补数字系统设计与实现.机电工程,2001,18(6):50-53
[32]周保廷,王柏军.基于FPGA的数控数字积分法圆弧插补的设计与实现.电气传动自动化,2005,27(5):16-18
[33]韩壮志,李伟.光电码盘四倍频分析.电子技术应用,2000,12:38-40
[34]林剑豪.基于运动控制芯片的数控高速仿形运动控制卡研究:[福州大学硕士学位论文].福州:福州大学,2005,17-19
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[36]MSDNLibrary-July2000,windows98driverdevelopmentkit
[37]刘宇,罗安.基于双端口RAM的PCI总线与DSP接口设计.计算技术与自动化,2004,23(1):77-79
[38]Antonio J.Acosta,Eduardo J.Peralias,Adoraci(?)n Rueda,et al.VHDL behavioural modelling of pipeline analog to digital converters.Measurement.2002(31):47-60
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[40]滕周波.数控机床专用运动控制板卡研究:[兰州理工硕士学位论文].兰州:兰州理工大学,2007,46-49
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[42]PCI9052DataBook Vision2.0 C.Se ptember,2001
[43]PCILocalBusSpecification Revision2.2 C.June8,1998
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[47]倪庆峰,皇甫振茂,杨军.基于FPGA的PCI接口控制器模型的设计.实验科学与技术,2007,5(1):136-139
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