本文關鍵詞：驅控一體式運動控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著自動化技術、計算機技術、智能機器人技術的發(fā)展,運動控制技術已經向高速、高精度、低成本、高穩(wěn)定性方向發(fā)展。基于FPGA+MCU的驅控一體式運動控制系統(tǒng)是一種把所有運動控制模塊都集成到一片F(xiàn)PGA芯片上的運動控制系統(tǒng),MCU作為協(xié)處理器負責任務調度和狀態(tài)處理。該運動控制系統(tǒng)具有實時處理能力強和運動控制性能好等優(yōu)點,以后必將成為運動控制的主流系統(tǒng)。論文研究了國內外運動控制系統(tǒng)的核心技術和發(fā)展現(xiàn)狀,提出了基于FPGA+MCU的驅控一體式運動控制系統(tǒng)。主要內容如下:(1)對驅控一體式運動控制系統(tǒng)進行了硬件規(guī)劃和內部模塊劃分。硬件規(guī)劃主要是搭建FPGA的外圍電路,內部模塊劃分是對運動控制模塊進行劃分�；贔PGA的運動控制模塊主要由脈沖發(fā)送模塊、正交編碼器解碼模塊、插補算法模塊、加減速算法模塊和接口模塊組成;MCU作為協(xié)處理器主要負責任務調度、LCD模塊、觸屏輸入模塊、串口模塊的設計。(2)采用DDS直接數字頻率合成算法實現(xiàn)脈沖發(fā)送模塊,通過調節(jié)頻率控制字k可實現(xiàn)1HZ-25MHZ的任意調頻,通過對分頻器內部加入計數器溢出清零的邏輯判斷模塊,此算法可消除由頻率控制字不能被整除引起的頻率輸出不穩(wěn)定問題。(3)在對正交編碼器信號進行解碼計數時,不僅把有限狀態(tài)機邏輯狀態(tài)的轉變作為加減計數的標志,而且引入了時間當量的概念,即邏輯狀態(tài)的保持時間與正交脈沖周期的四分之一是否相等,如果邏輯狀態(tài)保持時間小于這個量就說明這種狀態(tài)的轉變是由于外部擾動所引起的干擾信號,必須對這種信號進行屏蔽,以免產生誤計數。(4)對梯形加減速和S形加減速算法進行了原理分析,最終采用仿S形加減速算法實現(xiàn)加減速設計。采用數字積分法設計了直線和圓弧插補器,搭建滴塑機硬件平臺,并進行實驗驗證�？刂茋婎^實現(xiàn)平面直線和圓弧軌跡運動。
【關鍵詞】：FPGA 有限狀態(tài)機 直接數字頻率合成 數字積分法
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 運動控制系統(tǒng)研究背景和意義9-11
• 1.1.1 運動控制系統(tǒng)的定義9-10
• 1.1.2 運動控制系統(tǒng)的分類10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀12
• 1.3 課題研究的目的和意義12-13
• 1.4 論文主要研究內容和章節(jié)安排13-15
• 第二章 運動控制系統(tǒng)的總體設計規(guī)劃15-22
• 2.1 運動控制系統(tǒng)的設計流程和準則15-16
• 2.2 運動控制系統(tǒng)的整體結構及實現(xiàn)功能16-17
• 2.3 基于FPGA的開發(fā)方法綜合分析17-21
• 2.3.1 FPGA開發(fā)簡介17-18
• 2.3.2 FPGA的優(yōu)點及應用前景18-19
• 2.3.3 Verilog HDL硬件描述語言介紹19
• 2.3.4 FPGA的開發(fā)流程19-21
• 2.4 小結21-22
• 第三章 運動控制系統(tǒng)硬件與脈沖模塊設計22-39
• 3.1 系統(tǒng)整體硬件電路設計22-27
• 3.1.1 電源電路22-23
• 3.1.2 時鐘電路23
• 3.1.3 FPGA的配置電路23-24
• 3.1.4 光電隔離電路24-25
• 3.1.5 報警和開光量控制電路25-26
• 3.1.6 板卡PCB實現(xiàn)26-27
• 3.2 脈沖控制發(fā)生器的模塊設計27-32
• 3.2.1 脈沖發(fā)生器的性能指標27-28
• 3.2.2 DDS算法模塊的分析與實現(xiàn)28-31
• 3.2.3 使用QuartusII對脈沖發(fā)生器的仿真分析31-32
• 3.3 正交編碼器信號解碼模塊設計32-37
• 3.3.1 正交編碼器解碼技術簡介32-33
• 3.3.2 解碼技術分析33-34
• 3.3.3 基于FPGA的正交編碼器設計34-36
• 3.3.4 仿真實驗及其結果分析36-37
• 3.4 本章小結37-39
• 第四章 加減速算法模塊的設計39-48
• 4.1 梯形曲線加減速算法39-43
• 4.1.1 梯形加減速算法原理分析39-41
• 4.1.2 梯形加減速算法的硬件實現(xiàn)41-43
• 4.2 S形曲線加減速算法43-47
• 4.2.1 S形加減速算法的硬件實現(xiàn)45-47
• 4.3 本章小結47-48
• 第五章 運動控制插補算法的研究與實現(xiàn)48-57
• 5.1 插補算法分類48-53
• 5.1.1 逐點比較法48-51
• 5.1.2 DDA數字積分法(Digital Differential Analyzer)51-53
• 5.2 對DDS數字積分法插補算法進行仿真設計53-56
• 5.3 本章小結56-57
• 第六章 測試平臺搭建和實現(xiàn)57-64
• 6.1 脈沖發(fā)送模塊的平臺測試57-58
• 6.2 正交編碼器模塊平臺測試58-59
• 6.3 系統(tǒng)整體平臺的搭建與實現(xiàn)59-63
• 6.4 本章小結63-64
• 第七章 總結與展望64-66
• 7.1 論文總結64
• 7.2 論文展望64-66
• 參考文獻66-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學位期間的研究成果及發(fā)表的學術論文70

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 林創(chuàng)華;蔡晨暉;;實驗用FPGA運動控制原型系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J];佛山科學技術學院學報(自然科學版);2015年04期

2 張圣超;佘洪波;;基于FPGA的增量式編碼器接口電路的設計[J];電氣技術;2014年01期

3 馬澤;胡旭東;楊亮亮;;基于FPGA的速度動態(tài)估算方法[J];機電工程;2013年11期

4 許伍;郎朗;李騰飛;;基于FPGA的手搖脈沖發(fā)生器模塊的實現(xiàn)[J];重慶工商大學學報(自然科學版);2013年10期

5 史偉民;陳春松;沈加海;彭來湖;;電腦橫機自動起底控制系統(tǒng)設計[J];紡織學報;2013年03期

6 何磊;孔令成;;DDS技術在高頻手術器驅動中的應用[J];自動化儀表;2013年01期

7 陶仁浩;羅福源;;基于DSP和FPGA提高增量式光電編碼器精度的研究[J];機械與電子;2012年04期

8 高偉;王云龍;金勇;;增量式光電編碼器在交流伺服系統(tǒng)中的應用[J];電氣自動化;2011年06期

9 黃兆斌;黃云龍;余世明;;幾種步進電機加減速方法的對比研究及其應用[J];機電工程;2011年08期

10 張孝飛;趙孔新;張賽男;;基于FPGA的脈沖發(fā)生器波形模塊設計[J];長春工業(yè)大學學報(自然科學版);2011年03期

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 劉同;基于Cortex-M4與FPGA的運動控制卡開發(fā)[D];北方工業(yè)大學;2015年

2 于戈;基于FPGA的NURBS曲線插補技術的研究[D];山東大學;2013年

3 楊敬威;基于FPGA的數控硬件插補系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];西安工業(yè)大學;2013年

4 孫大群;基于ARM+FPGA的運動控制系統(tǒng)架構的研究與設計[D];杭州電子科技大學;2013年

5 杜文廣;基于FPGA多軸運動控制專用芯片的研究[D];西安工程大學;2012年

6 俞小露;航天光學遙感器步進電機控制與實現(xiàn)[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2012年

7 林榮華;新型運動控制器及其核心算法設計與實現(xiàn)[D];華南理工大學;2012年

8 儲曉慧;基于FPGA多軸高速高精度插補運動控制模塊的設計與實現(xiàn)[D];南京理工大學;2012年

9 王恕;基于FPGA的伺服電機速度測量算法研究與實現(xiàn)[D];上海交通大學;2012年

10 邱偉新;基于MCU的運動控制板卡的設計與實現(xiàn)[D];上海交通大學;2011年

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