论文摘要
运动控制技术是综合应用自动控制、计算机控制等相关技术，对机械传动装置中电机的位置、速度进行实时控制的技术。运动控制的功能是命令运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。运动控制主要包括运动轨迹和伺服控制。运动控制产品是计算机、微电子、自动控制和机电一体化等技术综合应用的产物。高速、高精度的运动控制技术在现代工业自动化装备中的作用越来越大。例如IC(Integrated Circuit)制造业，随着IC芯片体积的不断减小，引线密度的不断提高，对IC加工设备的要求也不断提高，这样对运动控制的精度和速度都提出了更高的要求。本文深入研究运动控制技术，对现有运动控制器进行了系统详细的分析，确定了嵌入式运动控制器的设计方案。本文提出了采用可复用的数字IP(Intellectual Property)技术，利用大规模FPGA(Field Programmable Gate Array)，构造了一种嵌入式的运动控制器。该控制器突破了目前国际上的全软件的运动控制器的速度和精度瓶颈，在运动控制的精度和速度方面，系统的集成度和可靠性方面都有较大的提高。通过对运动控制器功能模块的划分，用VHDL硬件描述语言对模型进行描述，提交模块的IP模块，为嵌入式运动控制器最终用一个专用IC来实现，提供了设计思路和开发方法。SOPC是PLD(Programmable Logic Device，即可编程逻辑器件)和ASIC(Application Specific Integrated Circuits，即专用集成电路)技术融合的结果，它集成了硬核尤其是软核CPU、DSP、存储器、外围I／O及可编程逻辑等器件，在应用的灵活性和价格上都有极大的优势。结合SOPC系统的强大功能，利用SOPC系统的可裁剪性、可移植性、强大而丰富的IP功能库、良好的模块化设计等，可以实现结构更开放和性能更高的控制器。
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摘要ABSTRACT第一章 引言1.1 数控技术的地位和发展趋势1.1.1 数控技术的地位1.1.2 数控技术的发展趋势1.2 开放式数控系统的特点1.3 运动控制器的特点、发展现状及发展趋势1.3.1 运动控制器的特点1.3.2 运动控制器的发展现状1.3.3 开放式运动控制器的发展趋势1.4 可供选择运动控制系统实现方法的比较1.4.1 模拟控制系统1.4.2 以微控制器为核心的运动控制系统1.4.3 在通用计算机上用软件实现的运动控制系统1.4.4 利用专用芯片实现的运动控制系统1.4.5 以可编程DSP控制器为核心构成的运动控制系统1.4.6 以可编程逻辑器件为核心构成的运动控制系统1.5 课题的研究任务第二章 运动控制器总体方案设计2.1 SOPC及其相关技术介绍2.2 运动控制系统设计2.2.1 运动控制器功能要求2.2.2 运动控制器的技术性能2.2.3 系统方案设计2.2.4 运动控制器的设计2.3 本章小结第三章 运动控制器硬件设计3.1 芯片的选择3.2 基于FPGA的运动控制器的电路设计3.2.1 FPGA配置电路3.2.2 电源电路3.2.3 Flash接口电路3.2.4 SDRAM接口电路3.2.5 串行接口电路3.3 外围电路设计3.3.1 光电隔离原理3.3.2 数字I/O信号的接线方法3.4 本章小结第四章 运动控制模块（MCM）设计4.1 QuartusⅡ软件和VHDL语言简介4.2 MCM总体结构4.3 寄存器模块4.3.1 寄存器寻址4.3.2 参数寄存器4.3.3 命令和状态缓冲器4.4 速度模式模块4.4.1 倍率因子参数L、FH1、FH2'>4.4.2 脉冲频率FL、FH1、FH24.4.3 加速、减速参数寄存器R4、R54.4.4 S—曲线加减速部分寄存器R144.4.5 S—曲线减速部分寄存器R154.4.6 加/减速时间4.4.7 自动降度点4.5 输出脉冲产生电路模块4.4.1 加/减速控制电路4.4.2 变频分配电路4.4.3 倍频分频电路4.6 正交编码脉冲模块的设计4.7 计数器模块电路4.7.1 预置计数器4.7.2 自动降速点计数器4.7.3 当前位置计数器4.8 操作模式模块4.8.1 连续模式4.8.2 预置模式4.8.3 回零模式4.9 本章小结第五章 上位机软件设计5.1 软件的总体设计思想5.2 软件开放式功能的实现5.2.1 动态链接函数库基本概念5.2.2 动态链接库与静态链接库的区别5.2.3 DLL模块与应用程序模块的重要区别5.2.4 使用DLL的优势5.2.5 动态链接库的设计5.2.6 调用动态链接库实现开放式功能5.2.7 动态链接库实现的函数功能5.3 运动控制系统的建立5.3.1 软件主界面介绍5.3.2 限位检测5.3.3 频率控制5.3.4 插补控制5.3.5 G代码识别模块5.4 本章小结第六章 运动控制器的系统测试6.1 调试和测试的环境与工具6.2 运动控制器的性能测试6.2.1 Nios软核计算速度测试6.2.2 FPGA逻辑译码和脉冲发生测试6.3 运动控制器的联机调试6.4 本章小结第七章 总结与展望7.1 全文总结7.2 课题的创新点7.3 研究展望7.4 本章小结参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的学术论文
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