本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，至少包括上位機1、主運動控制器2、一個或多個從運動控制器3、一個或多個驅(qū)動器和一個或多個電機。所述主運動控制器2通過自定義總線與一個或多個從運動控制器3相連，實現(xiàn)對所有從運動控制器3和所有運動軸的同步協(xié)調(diào)控制；所述每個從運動控制器3可同步協(xié)調(diào)控制四個運動軸，減少了控制任務，并可以實現(xiàn)并行計算，提高了系統(tǒng)的運算能力。本發(fā)明專利技術(shù)采用主從分布式結(jié)構(gòu)，易于擴展，且具有通用性。本發(fā)明專利技術(shù)適用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，特別適用于要求高速高精的多軸聯(lián)動控制系統(tǒng)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)。
技術(shù)介紹
現(xiàn)代制造業(yè)中，多軸運動控制系統(tǒng)在多軸聯(lián)動數(shù)控機床、復合加工數(shù)控機床、多自由度工業(yè)機器人、醫(yī)療設備等機電設備中得到廣泛應用。隨著社會進步和計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、信號處理技術(shù)、智能控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等技術(shù)的高速發(fā)展，生產(chǎn)制造對機電設備的效率和性能要求越來越高，因而也對多軸運動控制系統(tǒng)的控制性能提出越來越高的要求。多軸運動控制系統(tǒng)中的一個運動軸由一個驅(qū)動器帶動一個電機進行驅(qū)動，其數(shù)量從三軸到十幾軸、甚至幾十軸不等。隨著運動軸數(shù)增加，系統(tǒng)的非線性、耦合性更加復雜，各個運動軸之間的動態(tài)響應不一致和參數(shù)不匹配等問題更加突出。要使這些非線性、強耦合的多軸運動控制系統(tǒng)按給定命令完成期望運動，往往需要輔以高性能、高魯棒性的復雜控制算法，因而多軸運動控制系統(tǒng)需要完成大量復雜算法計算、數(shù)據(jù)傳輸和及其他實時處理等任務，這對相應系統(tǒng)硬件的存儲空間、實時性、多任務處理能力提出更高要求。目前，市場上大部分多軸運動控制器控制運動軸數(shù)有限，當實際運動軸數(shù)多于一個多軸運動控制器可以控制的運動軸數(shù)時，就需要增加另外的多軸運動控制器。而當需要多個運動控制器控制全部的運動軸時，如何實現(xiàn)多個運動控制器間的各個運動軸的同步協(xié)調(diào)性是一個比較難以解決的問題。為使一個多軸運動控制器可以控制更多的運動軸數(shù)并且不降低控制性能，往往通過提高單處理器性能或者增加處理器來實現(xiàn)，隨著運動軸數(shù)的增加，多軸運動控制器開發(fā)難度加大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的是為擴展多軸運動控制器的可控制運動軸數(shù)，并解決多個多軸運動控制器間的各個運動軸的同步協(xié)調(diào)控制問題，以及實現(xiàn)在提高多軸運動控制器控制性能的同時降低開發(fā)難度，從而提出了一種基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)。本專利技術(shù)的技術(shù)方案概述如下：基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，采用主從分布式結(jié)構(gòu)，至少包括上位機1、主運動控制器2、一個或多個從運動控制器3、一個或多個驅(qū)動器和一個或多個電機；所述上位機1與主運動控制器2相連，所述主運動控制器2通過自定義總線與一個或多個從運動控制器3相連，所述從運動控制器3與一個或多個驅(qū)動器相連，所述每個驅(qū)動器分別與一個電機相連。所述主運動控制器2，其至少包括通信接口和主DSP；所述通信接口與上位機1相連，所述主DSP與通信接口相連；所述主DSP通過通信接口獲取上位機1下發(fā)的軌跡規(guī)劃指令，
并進行指令解析出來、前瞻控制、同步協(xié)調(diào)控制和插補運算，最后通過自定義總線實現(xiàn)將運動指令發(fā)送到每個從運動控制器3。所述主運動控制器2可以通過自定義總線與一個或多個從運動控制器3相連，從運動控制器3的個數(shù)由驅(qū)動器和電機的個數(shù)決定。所述從運動控制器3，其至少包括FPGA1、從DSP、存儲器、FPGA2和信號調(diào)理電路；所述FPGA2通過自定義總線與主運動控制器2相連，所述從DSP通過內(nèi)部總線分別與FPGA1、存儲器和FPGA2相連，所述FPGA1分別與FPGA2和信號調(diào)理電路相連，所述信號調(diào)理電路與一個或多個驅(qū)動器相連。所述信號調(diào)理電路，其至少包括模擬指令信號調(diào)理電路、指令脈沖信號調(diào)理電路和反饋信號調(diào)理電路。所述從運動控制器3可以與一個或多個驅(qū)動器相連，一個從運動控制器3最多可以與四個驅(qū)動器相連。所述FPGA1負責輸入輸出信號處理、數(shù)據(jù)采集、算法預處理及接口轉(zhuǎn)換；所述FPGA2負責從運動控制器3與主運動控制器2的數(shù)據(jù)交換，并控制FPGA1進行輸入輸出信號處理、數(shù)據(jù)采集、算法預處理及接口轉(zhuǎn)換；所述從DSP負責各類補償算法和單軸跟蹤控制算法處理。所述主運動控制器2通過自定義總線由從運動控制器3的FPGA2向從DSP下發(fā)運動指令和獲取每個運動軸的狀態(tài)信息，并根據(jù)上位機1下發(fā)的軌跡規(guī)劃指令和獲取的每個運動軸的狀態(tài)信息對所有運動軸進行同步協(xié)調(diào)控制。所述主運動控制器2可以通過自定義總線同時向所有連接在自定義總線上的從運動控制器3的FPGA2寫入控制信息，然后由所述從運動控制器3的FPGA2產(chǎn)生不同的控制信號，并控制從DSP和FPGA1對運動軸實施不同階段的控制任務。所述從運動控制器3的從DSP最多可以與四個驅(qū)動器連接，即最多可對四個運動軸進行跟蹤控制。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：(1)本專利技術(shù)采用主從分布式結(jié)構(gòu)，當運動軸數(shù)增加時，只需要增加從運動控制器，各從運動控制器統(tǒng)一由同一個主運動控制器控制，易于擴展和實現(xiàn)對所有運動軸的同步協(xié)調(diào)控制。(2)本專利技術(shù)中的每個從運動控制器可以實現(xiàn)并行計算，并且每個從運動控制器最多可同步協(xié)調(diào)控制四個運動軸，當需同步協(xié)調(diào)控制的軸數(shù)增多進而需增加從運動控制器的數(shù)量時，需控制軸的伺服周期不會增加，從而保證整體控制系統(tǒng)的運動性能指標，當需同步協(xié)調(diào)控制的軸數(shù)越多，本專利技術(shù)的軸運動控制性能指標的效果越顯著。(3)本專利技術(shù)中的從運動控制器的輸入輸出信號控制都是基于FPGA設計，靈活易用，便于硬件系統(tǒng)升級。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)總體方案圖圖2是本專利技術(shù)的實施例一方案圖圖3是本專利技術(shù)的實施例二方案圖具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步描述。(1)實施例一：如圖2所示，本專利技術(shù)實施例一的基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，采用主從分布式結(jié)構(gòu)，至少包括上位機1、主運動控制器2、一個從運動控制器3、四個驅(qū)動器和四個電機；所述上位機1與主運動控制器2相連，所述主運動控制器2通過自定義總線與一個從運動控制器3相連，所述從運動控制器3與四個驅(qū)動器相連，所述每個驅(qū)動器分別與一個電機相連。所述主運動控制器2，其至少包括通信接口和主DSP；所述通信接口與上位機1相連，所述主DSP與通信接口相連；所述主DSP通過通信接口獲取上位機1下發(fā)的軌跡規(guī)劃指令，并進行指令解析出來、前瞻控制、同步協(xié)調(diào)控制和插補運算，最后通過自定義總線實現(xiàn)將運動指令發(fā)送到從運動控制器3。所述從運動控制器3，其至少包括FPGA1、從DSP、存儲器、FPGA2和信號調(diào)理電路；所述FPGA2通過自定義總線與主運動控制器2相連，所述從DSP通過內(nèi)部總線分別與FPGA1、存儲器和FPGA2相連，所述FPGA1分別與FPGA2和信號調(diào)理電路相連，所述信號調(diào)理電路與四個驅(qū)動器相連。所述信號調(diào)理電路，其至少包括模擬指令信號調(diào)理電路、指令脈沖信號調(diào)理電路和反饋信號調(diào)理電路。所述FPGA1負責輸入輸出信號處理、數(shù)據(jù)采集、算法預處理及接口轉(zhuǎn)換；所述FPGA2負責從運動控制器3與主運動控制器2的數(shù)據(jù)交換，并控制FPGA1進行輸入輸出信號處理、數(shù)據(jù)采集、算法預處理及接口轉(zhuǎn)換；所述從DSP負責各類補償算法和單軸跟蹤控制算法處理。所述主運動控制器2通過自定義總線由從運動控制器3的FPGA2向從DSP下發(fā)運動指令和獲取每個運動軸的狀態(tài)信息，并根據(jù)上位機1下發(fā)的軌跡規(guī)劃指令和獲取的每個運動軸的狀態(tài)信息對所有運動軸進行同步協(xié)調(diào)控制。所述主運動控制器2可以通過自定義總線同時向所有連接在自定義總線上的從運動控制器3的FPGA2寫入控制信息，然后由所述從運動控制器3的FPGA2產(chǎn)生不同的控制信號，并控制從DSP和FPGA1對運動軸實施不同階段的控制任務。(2)實施例二：如圖2所示，本專利技術(shù)實施例二的基于自定義總線的多軸運動控制本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，采用主從分布式結(jié)構(gòu)，其特征在于：至少包括上位機(1)、主運動控制器(2)、一個或多個從運動控制器(3)、一個或多個驅(qū)動器和一個或多個電機；所述上位機(1)與主運動控制器(2)相連，所述主運動控制器(2)通過自定義總線與一個或多個從運動控制器(3)相連，所述從運動控制器(3)與一個或多個驅(qū)動器相連，所述每個驅(qū)動器分別與一個電機相連。
【技術(shù)特征摘要】
1.基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，采用主從分布式結(jié)構(gòu)，其特征在于：至少包括上位機(1)、主運動控制器(2)、一個或多個從運動控制器(3)、一個或多個驅(qū)動器和一個或多個電機；所述上位機(1)與主運動控制器(2)相連，所述主運動控制器(2)通過自定義總線與一個或多個從運動控制器(3)相連，所述從運動控制器(3)與一個或多個驅(qū)動器相連，所述每個驅(qū)動器分別與一個電機相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，其特征在于：所述主運動控制器(2)，其至少包括通信接口和主DSP；所述通信接口與上位機(1)相連，所述主DSP與通信接口相連；所述主DSP通過通信接口獲取上位機(1)下發(fā)的軌跡規(guī)劃指令，并進行指令解析、前瞻控制、同步協(xié)調(diào)控制和插補運算，最后通過自定義總線實現(xiàn)將運動指令發(fā)送到每個從運動控制器(3)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，其特征在于：所述主運動控制器(2)可以通過自定義總線與一個或多個從運動控制器(3)相連，從運動控制器(3)的個數(shù)由驅(qū)動器和電機的個數(shù)決定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自定義總線的多軸運動控制系統(tǒng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘海鴻，陳琳，韋慶情，黃炳瓊，何蘊達，董海濤，
申請(專利權(quán))人：廣西大學，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45
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