基于ARM的经济型数控机床控制器的研究

论文摘要

经济型数控系统通常因为受系统硬件资源和软件资源的限制功能有限,但随着IC技术和计算机技术的发展,算法的优化,高性价比的数控系统有了发展空间[1]。本文所研究的系统控制器即是大连机床集团为开拓市场需要研发的以廉价ARM芯片为核心,并利用其丰富的硬件资源和软件资源构造的通用的、可定制和可裁减的高性比的数控机床控制核心。文中通过对ARM处理器LPC213X的分析,在充分利用其资源的基础上,提出研究目标所规划的CNC系统接口电路方案并对系统API进行探讨与研究。文中对数控机床核心技术——插补算法进行讨论,对粗插补后的数字信号量进行第二次精插补以提高工作精度。软件粗插补部分采用数据采样法。精插补部分通过8254分频实现插补直线段的细分达到精插补的效果。CNC装置中受步进电机特性影响,为保证在启动和停止时不产生冲击,失步,超程和震荡,需要对电机进行加减速控制[2]。在同等条件下对线型加减速控制和S曲线加减速控制策略进行比较,得出前者耗时少,后者对起点,终点和转折点处冲击反映弱的结论,在实际工作中根据不同零件选用不同加减速策略可以提高产品质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 选题背景及研究意义
• 1.1 研究背景
• 1.2 数控机床发展方向
• 1.3 课题研究目标
• 1.4 论文内容及结构
• 1.4.1 电路优化设计
• 1.4.2 算法研究
• 1.4.3 论文结构
• 2 系统概述及设计原理
• 2.1 数控装置的一般结构
• 2.2 LPC213X 在 CNC 中应用的可行性分析
• 2.2.1 LPC213XCPU 简介
• 2.2.2 芯片的存储空间
• 2.2.3 端口扩展译码逻辑
• 2.2.4 LPC213X 系列资源对 CNC 系统设计目标的满足性分析
• 2.3 插补控制器的原理及方法
• 2.3.1 插补器工作过程分析
• 2.3.2 常用粗插补的实现方法
• 2.3.2.1 脉冲增量法（标准脉冲插补reference pulse）——行程标量插补
• 2.3.2.2 数据采样法（sampled data）－－时间标量插补
• 2.3.3 逐点比较法
• 2.3.4 数据采样法
• 3 基于 ARM 的经济型数控机床控制器设计
• 3.1 系统硬件设计
• 3.1.1 PLC 在 CNC 系统中的应用
• 3.1.1.1 CNC 中 PLC 信息交换
• 3.1.1.2 CNC 中内嵌 PLC 接口电路的实现
• 3.1.2 人机交互通道
• 3.1.2.1 液晶显示器的优化设计
• 3.1.2.2 键盘电路的设计
• 3.1.3 存储器系统设计
• 2PROM 接口及地址选择'>3.1.3.1 AT24C 系列 E²PROM 接口及地址选择
• 2PROM 读写操作分析'>3.1.3.2 AT24C 系列 E²PROM 读写操作分析
• 3.1.3.3 存储器系统优化
• 3.1.4 精插补方法的分析与实现
• 3.2 软件系统接口的研究
• 3.2.1 系统 API 分析
• 3.2.2 系统功能模块间通讯研究
• 3.2.3 系统功能模块与控制器的通信研究
• 4 数控机床插补精度的研究
• 4.1 粗插补过程中周期、精度、速度的分析
• 4.2 精插补的插补精度研究
• 4.2.1 基于脉冲乘法器原理的精插补器工作参数与精度关系的研究
• 4.2.2 插补周期内进给量误差的分析以及补偿
• 4.2.3 分频值的选取与分析
• 5 数控机床插补执行器的工作策略研究与仿真
• 5.1 线性加减速控制查表法
• 5.1.1 线性加减速控制查表法描述
• 5.1.2 算法分析与仿真
• 5.2 S 曲线加减速控制算法
• 5.2.1 S 曲线加减速算法描述
• 5.2.2 算法分析与仿真
• 5.3 线性加减速控制算法与 S 曲线加减速控制算法的比较
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 攻读硕士期间参与的科研项目