基于ARM+FPGA的高开放性数控系统研究

针对传统的数控系统稳定性低、插补效果差、成本昂贵等不足,用ARM芯片作为主控制器,用FPGA作为运动控制器,提出了一种ARM+FPGA双核心控制系统架构的高开放性数控系统,并给出了硬件系统组成框图,进行了ARM芯片与FPGA的通信接口设计,分析了系统的软件架构,用VHDL编程在FPGA上实现了数字插补、加减速等运动控制关键模块﹒实验与研究表明,本系统具有成本低、开放性高、插补能力强和可移植性好等优点﹒     

开放式数控系统空间曲线插补跨卦限策略研究

为简洁实现空间曲线插补,基于开放式数控系统研究插补跨卦限策略.规划了全软件 CNC 系统和 NC嵌入PC系统插补模块的分子模块实现理论,以圆柱螺旋线和空间直线为例,研究了坐标仿射变换、自动跨卦限处理,及基本插补子模块调用的原理和技术.最后,用自行开发的全软件 CNC 系统进行了实例验证.实现了开放式数控系统插补模块单元化开发,兼顾了系统开放性与实时性,相关策略和原理亦可应用于其他空间曲线的插补.     

改进插补算法在数控雕刻系统中的应用

根据雕刻机控制系统的设计需求,采用TI公司的32bit定点数字信号处理器TMS320F2812作为下位机控制系统核心处理单元,并与FPGA相结合取代目前市场上主流的单片机与高速运动控制芯片相结合的联机控制.运用模块化设计思想进行了雕刻机控制系统软硬件设计.在轨迹控制中,运用快速数字积分插补算法替代普通数字积分插补算法,使控制器对插补过程的运算效率更高,减小了控制器的运算压力;试验证明了所设计的基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统方案及数字积分改进算法的可行性和可靠性,雕刻机的加工速率提高了大约20%.     

实时特征插补原理研究

提出了面向实时加工的基于特征的产品模型概念,讨论了基于二级工艺规划原理和三级插补原理的实时特征插补原理,以建立基于实时特征插补原理的新型数控系统．为实现运动控制、加工过程控制和在线质量控制的集成,建立智能加工的理论及其系统打下基础．     

基于PC机并行口的数控系统插补设计与实现

基于PC机并行口的数控系统插补(数字积分法)的设计与实现,是利用PC机并行口的的输入输出特性作为其硬件基础,在DOS操作系统下,采用8086汇编语言进行数字积分法的三维直线和二维圆弧的插补程序编制和运行,再通过步进电机驱动电路的设计,最终实现对X、Y、Z轴步进电机(或伺服电机)控制的一种经济型数控系统。     

圆锥曲线插补数控系统的研究与设计

针对传统经济型数控系统中插补类型较少的问题,采用差分插补原理设计了圆锥曲线插补数控系统,并对该数控系统进行了软硬件的总体规划。在VC++6. 0环境下,采用差分插补原理和多线程技术进行数控系统的开发,差分插补原理的应用保证了数控系统圆锥曲线插补以及空间直线插补的实现。设计了以PCI-1750数据采集卡为核心的控制系统硬件接口电路,实现了步进电机与无刷直流电机的控制。实验表明,以差分插补原理为核心的圆锥曲线数控系统能够实现圆锥曲线的直接插补,提高了经济型数控系统的插补性能。     

面向五轴加工的双NURBS曲线插补算法

采用双NURBS曲线进行五轴联动直接插补来基本消除非线性误差的方法,给出以双NURBS曲线模型进行恒定进给速度插补的算法.将该算法与传统的线性插补方法产生的非线性误差进行了仿真分析,结果表明,该算法能有效控制非线性误差,使五轴数控系统具有高速复杂轨迹运动控制能力.     

采用DSP+FPGA的三轴运动控制器设计

为了满足开放式数控系统的需求,设计了一种基于TMS320F28335浮点型数字信号处理器(DSP)和EP2C8F256C6现场可编程门阵列(FPGA)的通用三轴运动控制器.详细介绍该运动控制器的整体结构、硬件电路设计、插补算法、FPGA各分模块的构成及实现,并给出了相关设计的软件结构框图.该控制器具有结构简单、通用性强、模块化高等特点,能够很好地满足运动控制系统的实时性和精确性.     

一种嵌入式计算机数控系统

嵌入式操作系统的发展为计算机数控系统的研发提供了新的方法,上位机采用嵌入式实时操作系统Windows CE负责数控代码编辑解释仿真、故障诊断等弱实时任务管理,下位机采用自行开发的基于DSP及FPGA技术的运动控制卡负责代码插补及伺服控制等强实时任务管理.介绍了数控系统中关键技术的理论原理和技术路线,并阐述了基于嵌入式操作系统平台下的数控软件系统实现的方法,包括数控代码智能解释、数控代码的二维三维仿真及数控系统任务调度管理.     

CNC系统逐点比较直线插补的新算法

插补技术是机床数控系统的核心技术,逐点比较直线插补法是直线轮廓的插补算法之一,其算法的优劣直接影响零件直线轮廓的加工精度和加工速度.文章在传统的逐点比较直线插补算法的基础上,提出以八方向进给取代传统的四方向进给,研究了偏差最小的走步方向的实现方法,同时研究了保证数控机床坐标进给连续的偏差递推计算过程.结果表明,新算法可以提高零件轮廓的逼近精度且减少了插补计算次数,从而提高了零件直线轮廓的加工精度和加工速度.     

采用双软核处理器的XYZ平台控制系统设计

用双软核心处理器设计出XYZ平台运动控制系统。采用双Nios II软核处理器,分别用于处理与上位机的通信接口和对指令的编译、译码及前瞻处理。开发硬件插补模块作为协处理器,完成精插补和自动加减速等功能。该控制系统可实现两轴或三轴直线插补,任意两轴圆弧插补。采用多核SOC并行处理提高了系统的插补精度和进给速度。     

水面无人艇远程控制系统设计与实验

针对海上复杂环境对水面无人艇操纵性能的影响,在风、浪等环境因素干扰下研究基于模糊PID （proportional integral differential）的无人艇航向偏差控制,开发以DSP (digital signal processing) 结合ARM为核心控制器的艇载运动控制系统,采用阿里云服务器、Web服务器、Apache服务器及MySQL数据库,研发无人艇远程控制系统,并集成研发了样船。实验表明,所研发的无人艇远程控制系统具有远程通信、运动控制、状态监测、数据存储和数据共享的功能,能够满足远程通信实时性、运动控制灵活性精确性的设计要求,进一步提高对无人艇航迹控制精度,为近海小型智能船舶的研发奠定基础。     

基于OMAP-L138的嵌入式运动控制器的设计与研究

提出一种基于OMAP-L138双核处理器的嵌入式运动控制器的设计方法.利用OMAP-L138的ARM核实现人机界面、数控代码编译等功能,DSP核实现插补及产生脉冲、控制电机运转.该控制器采用双CPU架构及片内内存共享数据的设计方法,能够更好地满足嵌入式运动控制器对实时性、控制精度及功耗的要求.     

仿生四足机器人嵌入式控制系统设计与实验分析

仿生设计一款小型的单腿具有四自由度的仿生四足机器人,开展机器人运动学正逆解分析。基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式芯片建立了机器人控制系统。该控制系统以半双工串口通讯方式向各个关节数字舵机发送步态数据包,控制舵机转动角度值,从而精确地控制四足机器人的稳定协调运动。实验结果表明:机器人在行走过程中机身的横滚角、俯仰角、偏航角(RPY角)变化较小,运动较为平稳,验证了机器人运动学正逆解准确性;以及所设计的嵌入式控制系统能较为精确地控制四足机器人运动,实现稳定的四足行走。该小型的嵌入式控制系统具有运算处理速度快、外设可扩展性和存储能力强的优点,满足仿生四足机器人智能算法、低功耗运动要求。     

基于ARM的全软件开放式数控系统设计

目前,常见的开放式数控系统多为PC嵌入NC的架构。针对该类数控系统的运动控制模块是封闭结构,系统整体开放程度不高的缺点,提出一种基于ARM+CPLD架构的全软件开放式数控系统设计方法。通过对该设计进行软硬件实现,用户不仅可以定制人机交互界面,还可以制定系统的运动控制策略,实现较高的开放性。在试验系统上进行数控加工试验,结果显示,全软件开放式数控系统可以有效地完成数控加工任务,加工的精确度较高。     

一类非线性系统的自适应广义预测控制

利用Hammerstein模型描述一类非线性系统，提出了一类适用于非线性系统的自适应广义预测控制算法（NAGPC），该算法将整个控制系统分解成线性和非线性两部分考虑；在线性部分中，根据广义预测控制（GPC）算法中控制增益阵F的特点导出了一种速度较快，计算量不大的GPC改进算法。非线性部份利用插值原理给出了一种便于计算机实时计算的根值解法，并将其解作为整个系统的控制输入。仿真结果表明，NAGPC算法计算速度快，鲁棒性较强，稳定性较好。     

基于运动控制卡的机械手控制系统研究

以运动控制卡为基础,设计一种四关节机械手的控制系统,实现了对多个交流伺服电机的闭环控制,并以VC编制相应的软件系统.介绍了其硬件组成及工作原理、运动控制卡的开发环节、软件结构与流程.     

履带式机器人控制系统设计

根据研制的履带式机器人的结构特点和性能要求,设计了基于ARM DSP双核架构的控制系统。选用STM32F103VET6来完成电机的控制,采用TMS320DM642来完成图像的采集与处理,两芯片间采用I2C总线通信,通过无线网桥实现与上位机的通信。设计了对应的硬件系统和软件系统,并进行了实物样机调试实验, 实验结果表明,设计的控制系统工作性能稳定,通信可靠,动态响应性能良好,能够很好地满足履带式机器人的运动控制要求。     

手术辅助机器人的运动控制器设计

系统硬件采用YASKAWA公司提供的MP2100运动控制卡、∑-V伺服驱动器和伺服电机,该控制卡通过PCI接口与工控机连接,控制卡与驱动器采用具有总线结构的MECHATROILINK-II连接。基于上述软、硬件基础,本文对该运动控制器的原型系统进行了研究,实现了运动控制的基本操作,如伺服轴的手动控制以及自动直线插补、圆弧插补等。最后对该原型系统进行了测试,并分析了存在的问题。     

运动控制系统自学习问题研究

研究了运动控制系统在重复运动方式下的自学习问题,设计了开环迭代自学习、闭环迭代自学习和预测自学习三种控制算法和结构,并对比分析了各种自学习控制算法的特点。实验结果表明,学习控制结构简单,计算量小,便于实现,对被控对象的动态模型没有严格的要求,可以明显改善具有周期性输入控制系统的轨迹跟踪精度。