基于SOPC技术的数控机床控制

论文摘要

数控系统是我国经济建设中的一项重要产业,它与国民经济各行各业发展密切相关。其控制对象非常广泛,作为其最典型的控制对象,数控机床在工业经济发展中占有非常重要的位置。现在经济型数控机床在国内使用非常广泛,该类型机床大多是以步进电机为驱动的开环控制数控系统,论文对传统的控制方法进行分析、讨论。提出了与传统软件控制的单轴插补算法不同的双轴联动直线插补算法。首先,针对机床在高速启停时造成的冲击或振荡,在双轴联动直线插补算法的基础上,实现对步进电机的加减速控制,并给出实现控制过程所需参数的公式。其次,基于SOPC技术建立NIOSⅡ系统,加入异步收发器完成与上位机的数据传输功能,完成对数据的计算和处理;并以硬件描述语言(VHDL)实现控制插补器中的插补功能。最后,在QuartusⅡ软件开发平台上对插补器进行了仿真;并以FPGA为硬件基础将配置程序下载到以Cyclone为主芯片的开发板上,并调试。实验结果表明,该双轴联动直线插补器能够实现双轴直线插补功能,控制效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 数控技术概述
• 1.2.1 数控技术的地位
• 1.2.2 数控机床的发展现状
• 1.3 可供选择的控制方式比较
• 1.4 论文主要内容及意义
• 2 基于步进电机的数控机床开环控制系统
• 2.1 数控机床的工作原理
• 2.1.1 数控机床的组成
• 2.1.2 数控机床的伺服系统
• 2.2 步进电机的工作原理
• 2.3 本章小结
• 3 基于 SOPC 技术的系统结构总体设计
• 3.1 SOPC 及其相关技术介绍
• 3.1.1 SOPC 技术概述
• 3.1.2 嵌入式系统开发
• 3.1.3 支持SOPC 技术的EDA 工具
• 3.2 双轴联动直线插补器的硬件基础
• 3.2.1 主芯片的选择
• 3.2.2 SDRAM 选择
• 3.2.3 串行接口的电平转换
• 3.3 步进电机及适配驱动器选型
• 3.4 本章小结
• 4 双轴联动直线插补器的设计
• 4.1 系统控制策略研究
• 4.1.1 传统直线插补算法
• 4.1.2 双轴联动匀速直线插补算法解析
• 4.1.3 双轴联动直线插补加减速控制算法解析
• 4.2 Nios II 系统的创建
• 4.3 通信、计算模块的软件设计
• 4.4 插补控制模块设计
• 4.5 双轴联动直线插补器的系统测试
• 4.5.1 基于QuartusⅡ软件的插补模块波形仿真
• 4.5.2 基于Cyclone 芯片的硬件测试
• 4.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 在学研究成果
• 致谢