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DSP FPGA在高速高精运动控制器中的应用

新品抢鲜中国仪表网2008年06月06日 08:49人气:4438

    运动控制卡已经在数控机床、工业机器人、医用设备、绘图仪、IC电路制造设备、IC封装等领域得到了广泛运用,取得了良好的效果。目前运动控制卡大部分采用8051系列的8位单片机,虽然节省了开发周期但缺乏灵活性,难以胜任高要求运作环境,而且运算能力有限。 

  DSP的数据运算处理功能强大,即使在很复杂的控制中,采样周期也可以取得很小,控制效果更接近于连续系统。把DSP与PC的各自优势结合将是高性能数控系统的发展趋势。本运动控制器采用TI公司的高性能浮点DSP作为主控芯片,通过ISA接口与PC协调并进行数据交换,以PC计算机作为基本平台,以DSP高速运动控制卡作细插补、伺服控制的核心,对直线电机的运动进行控制,取得了良好的实际应用效果。 

  本运动控制系统的任务是控制直线电机的运动,要求4轴输入和4轴输出,采用光栅尺对输入计数,16位并行高速DA输出,运动定位精度要求达到10nm,响应时间<100ns。 

  高速直线电机是本系统的控制对象,它具有加速快(a>10g),运动速度高(v>300mm/s)的特点。要求控制系统有足够短的响应时间(<100ns)和足够高的定位精度(10nm级),因而系统的核心CPU的处理能力及运算能力必须满足高速要求;此外,直线电机运动定位的核心是高精度的反馈控制装置。直线电机的反馈控制装置是光栅尺和高精度脉冲计数器,光栅尺发出与运动距离成线性关系的脉冲数,脉冲计数器的计数值表示直线电机当前的运动位置。经计算,计数长度为28位的计数器才能满足定位的精度要求,同时计数频率很高。一般的通用计数器参数无法达到,所以设计一个特殊计数器是必要的。为了方便设置目标点的运动参数,使运动控制卡具有比较好的人机交互功能,系统必须具有与PC机通信的功能。 
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