新闻中心

EEPW首页>嵌入式系统>设计应用> DSP+FPGA在高速高精运动控制器中的应用

DSP+FPGA在高速高精运动控制器中的应用

作者:朱显新 黄涛 邓启辉 卢珞先 武汉理工大学智能信息系统研究所 时间:2008-06-05 来源:今日电子 收藏

  1.5 存储模块

本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/83798.htm

  存储模块用于存储系统程序和数据,主要由SRAM(2片CY7C1021)和FLASH(AM29F400B)组成。外围存储电路如图3所示。

2 软件设计

  该卡应用时插在工控机的ISA槽上,与上位机配合工作。首先在上位NC机输入加工曲线,由上位机做粗,然后把数据通过ISA接口传递给控制卡。控制卡对接收到的数据再做细——采用三次B样条插值,然后发送给DA,驱动电机运动。通过进行脉冲计数,读出直线电机光栅尺的反馈信息,然后采用离散PID控制算法调整,以便于电机的最优化。

算法的核心是先用B样条插值法把目标点进一步细化,使运动曲线更平滑,然后在运动过程中采用PID算法进行调整,最终达到高速高精的设计要求,图3给出了系统软件流程图。



  2.1 B样条插值


  目前许多先进的CAD/CAM系统都采用了B样条曲线。其特点是,可用统一的数学形式精确表示分析曲线(如直线,圆锥曲线等)和自由曲线(如均匀B样条曲线等),因而便于用统一的数据库管理、存储,程序量可以大大减少;非均匀B样条曲线定义中的权因子使外形设计更加灵活方便,设计人员通过调整具有直观几何意义的点、线、面元素即可达到预期的效果。

  本系统采用三次B样条曲线作为精算法,该算法应用在控制卡中可以得到比较满意的效果。计算过程中只需要相邻4个点的位置数据,(x0,y0),(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),就可以构造出平滑的曲线。

  公式以坐标分量形式表示为:



  2.2 PID控制

  在控制领域中,PID控制算法是一种常用的算法,PID是比例、积分、微分的缩写。PID的合理的参数估计、比较,可以通过MATLAB的传递函数模型仿真来得到。

  由于该系统是数字系统,采用的都是数字量,所以必须把PID算法离散化才能使用。又由于系统的存储空间有限,算法的存储空间开销不能太大,所以采用了离散化的增量式PID算法。该算法在运算过程中只需要保留最近3次的误差数据,就能够推导出下一次的输出量,节省了大量的数据空间,提高了运算速度,有很强实用价值。

  公式如下:



  μ( k ),μ( k-1 )分别是k和k-1时刻的输出量,在系统中体现为DA的输出量。
  e( k ),e( k-1 ),e( k-2 )分别是k,k-1,k-2 时刻的偏差值,在系统中体现为该时刻实际位置与目标位置的偏差。
  T,Td,Ti,Kp是PID公式的常量,不同的数值代表着PID系统的微分、积分、比例调节作用的强度和效果。

  3 小结

  在开放式数控系统中应用基于+的运动控制卡,承担了CNC系统中实时性要求较高的模块功能。利用DSP高速运算能力和实时信号处理能力,采用先进的Bs
pline插补算法,使该DSP运动控制卡具有高速、高精度的性能,结合芯片的先进技术,使该运动控制卡的集成性、可靠性大大提高。本运动控制卡目前是基于ISA总线设计的,今后将考虑把该系统移植到PCI总线上,将能进一步提高系统的处理速度能力,适应更高要求。

  参考文献

1 TMS320C3x User’s Guide, Texas Instruments, 2001
2 TMS320C3x General-Purpose Applications, Texas Instruments, 2001
3 孙家广. 计算机图形学. 清华大学出版社
4 解旭辉. 超精机床数控系统与控制技术研究[D]. 长沙:国防科技大学, 1997
5 来晓岚, 赵佳明, 卢焕章. DSP+FPGA实时信号处理系统, 电子技术应用, 2002.7
6 胡育文, 陈宏, 顾毅康. 基于DSP的电机控制器设计中的几个问题. 中国自动化学会 ,1999.10
7 潘日红, 潘日晶. 周期B样条曲线的快速递推升阶方法. 福建师范大学学报(自然科学版), 2001.4
8 刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真. 电子工业出版社, 2003

pid控制器相关文章:pid控制器原理



上一页 1 2 下一页

评论


相关推荐

技术专区

关闭