本科毕业设计---运动控制卡的设计

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本科毕业设计---运动控制卡的设计

摘要

近年来,随着计算机技术、微电子技术和数控技术的发展,开放式数控系统已成为一个重要的发展方向。作为开放式数控系统的重要组成部分,运动控制卡的研究和开发也日渐受到重视。从发展趋势来看,基于CAN总线的,以CPLD和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器正成为主流。这类开放式运动控制器以CPLD或FPGA芯片作为运动控制器的核心处理器,以PC机作为信息处理平台,运动控制器以插卡形式嵌入PC机,也就是采用“PC+运动控制器”的模式,这样的模式将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起,具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。

本次设计了一种将CPLD控制应用于运动控制板卡设计的系统,该系统以MAX IIEPM570T14为核心。在设计中以输出两路脉冲波形为目的,其中一路波形滞后另一路90°,并且能实现输出脉冲频率的可调节,从而控制步进电机的精确运转。

设计中采用MAX IIEPM570T144作为控制器,以Verilog HDL作为设计语言,用Quartus仿真软件分别对分频模块、调频模块和滞后模块进行了仿真。

关键字:运动控制板卡,步进电机,Verilog HDL,CPLD,FPGA,Quartus

ABSTRACT

In recent years, with the development of computer technology, microelectronic technology and NC technology, open CNC system has become an important development direction.As part of the open CNC system's important component, motion control card research and development has been given more and more importance.From the point of development trend, based on the CAN bus, CPLD and FPGA as the core processor of the open motion controller is becoming the mainstream.This kind of open motion controller with CPLD or FPGA chip as the core processor of motion controller,with PC as the information processing platform, motion controller in embedded PC plug-in card form, also is the use of" PC+ motion controller " mode,this model will be PC machine information processing ability and open characteristics and motion controller for trajectory control ability organically together, with information processing ability, high degree of opening, motion trajectory control accuracy, good versatility.

The graduation project designs a CPLD control applied in motion control card design system, the system uses MAX IIEPM570T14 as the core.The purpose of the design was to output two paths of pulse waveform, one waveform lag another90 degrees, and can realize the output pulse frequency adjustable.

In this design uses the MAX IIEPM570T144 as the controller, using Verilog HDL as a design language, using Quartus simulation software for frequency division module, frequency modulation module and lag module simulation was carried out,thus control precision stepper motor running. Keywords: motion control card, stemping motor, Verilog, CPLD, FPGA, Quartus

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7)参考文献

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2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。

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3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印

4)图表应绘制于无格子的页面上

5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档

5.装订顺序

1)设计(论文)

2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订

目录

1 绪论 (1)

1.1 选题的背景和意义 (1)

1.1.1 选题的背景 (1)

1.1.2 国内外研究的现状 (3)

1.1.3 应用及发展趋势 (8)

1.2 研究的基本内容 (9)

1.2.1 CPLD的设计 (9)

1.2.2 外围电路的设计 (10)

2CPLD介绍 (11)

2.1 CPLD发展历程 (11)

2.2 MAX II系列CPLD (13)

3 Verilog HDL介绍 (16)

3.1 Verilog HDL的发展历史 (17)

3.2 Verilog HDL的设计流程 (18)

3.2.1 自顶向下设计的基本概念 (18)

3.2.2 层次管理的基本概念 (19)

3.2.3 具体模块的设计编译和仿真过程 (20)

3.2.4 对应具体工艺器件的优化、映像和布局布线 (22)

3.3 Verilog HDL的基本语法 (22)

3.4Verilog的主要优点 (24)

4总体设计思路 (28)

4.1总体设计框图与设计思路 (28)

4.2CPLD设计思路 (29)

4.3外围电路的设计 (29)

5运动控制卡电路的设计 (30)

5.1 时钟电路 (30)

5.2 电源电路 (31)

5.3程序下载端口 (32)

5.4 排针接口 (34)

5.5 硬件原理图 (35)

6 运动控制卡程序设计 (37)

6.1 分频器模块程序设计 (38)

6.2 调频模块程序设计 (39)

6.3 滞后模块程序设计 (42)

6.4 原理图输入法 (45)

7Quartus II 软件仿真 (47)

7.1 Quartus软件设计流程 (48)

7.2 仿真分析 (49)

7.2.1 分频模块的仿真 (50)

7.2.2 调频模块的仿真 (51)

7.2.3 滞后模块的仿真 (51)

7.2.4综合设计仿真 (52)

8 程序下载及现场调试 (57)

8.1 Verilog HDL程序下载 (57)

8.2 现场调试 (58)

参考文献 (62)

致谢 (64)

附录 (65)

附录1 外文文献 (65)

附录2 中文翻译 (78)

附录3 用MATLAB程序计算模糊控制查询表 (89)

附录4 交通灯定时控制的MATLAB程序 (92)

附录5 交通灯模糊控制的MATLAB程序 (93)

1 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.1.1 选题的背景

运动控制卡是一种基于工业PC机、用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元。它的出现主要是因为:(1)新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求;(2)在各种工业设备(如包装机械、印刷机械等)、国防装备(如跟踪定位系统等)、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中,急需一个运动控制模块的硬件平台;(3)PC 机在各种工业现场的广泛应用,也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心,大多用于控制步进电机或伺服电机。一般的,运动控制卡与PC机构成主从时控制机构:PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作(例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹的规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等);控制卡完成运动控制的所有细节(包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速、原点和限位等信号的检测等等)。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台

下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行,运动控制卡也形成了一个独立的专门行业,具有代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现,如成都步进电机有限公司的DMC300系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上。

近年来,随着工业PC机的快速发展,可靠性大为提高,软、硬件功能越来越成熟,而价格却大幅度降低,以工业PC机为核心的控制系统能够充分利用计算机技术发展的现有成果,柔性强,功能完善,因而这种系统在工业控制领域越来越广泛地应用。

在机床控制领域,采用工业PC机,开发开放式、软件化的数控系统、加工中心、柔性制造系统等,已成为国际研究的热点,符合数控技术发展的最新潮流。同时,围绕工业PC机开发的实用功能扩展及其应用也越来越多,运动控制卡的产生便是其中一例。

在机电一体化领域中,运动控制卡的作用是控制执行机构(如步进电机或伺服电机)按照一定的速度和轨迹运行。在一些控制较为复杂、要求有人机对话的场合已经有了广泛的应用。

目前运动控制卡所应用的场合大多数为开环控制,即由运动控制卡所发

出的控制信号,使被控机构实现期望的位置控制、速度控制、加速度控制,以及对这些被控运动参数的综合控制,而没有将最终机构的运动参数(比如实际位置、速度)反馈给控制卡。

在位置控制方面,由于传动机构加减速、滚珠丝杠等都有一定的传动间隙、变形等,造成目标位置的的误差,很难达到很高的定位精度。因此为了在机械加工过程中获得较高的加工精度,开发具有全闭环功能的运动控制卡,是摆在我们面前的重要课题。

1.1.2 国内外研究的现状

早期的运动控制卡主要是针对数控等行业的专用控制器,可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其它功能,并且无需另外的处理器和操作系统支持。经过几十年的市场竞争,随着现代科学技术的进步,这种运动控制卡由于其自身的特性限制,如封闭式结构、控制软件的兼容性、容错性和缺少网络功能等,已不能满足现代工业和社会发展的需要。

为此,1987年开放式运动控制系统开始兴起,首先是美国空军在美国政府的资助下提出了“开放系统体系结构标准规格(OSAOA)”,其后许多相关的研究计划在世界各国相继启动,其中影响较大的有美国的开放式模块化结构控制器OMAO(Open Modular Architecture Controller)、欧洲的OSAO(Open System Architecture for Control within Automation)和日本的OSEC(Open System Environment for Controller Architecture)等计划。再实

施计划的同时,欧美等发达国家的公司也一直致力于研究开发开放式运动控制器。

在美国,开放式运动控制器被誉为新一代的工业控制器,已经有超过200多家公司从事运动控制器软硬件产品的研发制造,运动控制器产品的年销售额已超过20亿美元,占有世界运动控制器市场份额80%以上,最著名的运动控制器制造商有Delta Tau、Galil、Aerotech、Tech80等,美国还专门成立了运动控制器工程师协会(AIME),由此不难看出运动控制器系统的重要性。

在日本,开放式开放式运动控制器被认为是未来的第三次工业革命,并有预测其应用的普遍性将与目前广泛应用的PLC类似,代表的厂商有MAZAK公司和NOV A公司等。

美国Delta Tau Data System公司推出的PMAC系列伺服控制卡比较有代表性。PMAC-PC以Motorola公司的DSP56001为微处理器,主频20/30MHz,60/40微妙/拍的伺服更新率,36位位置范围(64千兆计数范围),16位DAC 输出分辨率,10/15MHz编码计数率,每秒可处置多达500条程序,可以完成直线或圆弧插补,“S-曲线”加速和减速,三次轨迹计算、样条计算。利用DSP强大的运算功能实现1到8轴多拍实时伺服控制。实际上,PMAC-PC 卡本身就是一个完整的计算机系统。依靠集成在卡上ROM中的程序,它能独立完成实时、多任务控制,而无需主机介入。

从市场需求来看,以美国Delta Tau Data System公司的PMAC系列卡为例,在全球的销售量超过45000套,被用于数控机床、医疗器械、工业机器人等需要高精度位置控制领域。著名的哈伯特望远镜面就是由PMAC 系列轴卡系统来控制研磨的。我国上海磁悬浮列车高架钢梁的设计,需要使用6轴控制卡进行加工。

在国外,已有多种商品化的运动控制主板,较著名的有:Galil、CompuMotor、PMAC、FANUC、SIMENS、AB等系统,这些系统的共同点是:

1.均可在高级语言下直接编程;

2.均可在Windows平台下工作,可使用VB、VC等语言;

3.通过采用特殊的中断方式,一般都具有很好的实时性,并具有Windows系统的多任务型;

4.均为多轴联动系统,具有直线和圆弧插补功能;

5.均可进行位置及速度水平的控制,在启动和停止阶段具有加速度水平的控制,使系统具有较好的动态响应特征;

6.可对直、交流伺服电机及液压伺服马达进行控制。

前三种是通用的多轴运动控制卡,而后三种为典型的数控系统,主要应用于数控机床。这几种系统都以实现了功能强大的开放化和柔性,其产品本身具有功能强大的开放式配套软件,这些软件提供给用户非常多的功

能,用户可在短期内方便的通过二次开发出自己的产品,所以这种系统受到用户的欢迎。虽然国外的同类产品在性能方面具有许多优势,但他们也具有许多不足之处,主要表现在一下几方面:

1.价格昂贵,以Galil运动控制主板为例,一个八轴的Galil运动控制主板为4000美元,再加上一些其他辅助设施将达到5000美元左右;

2.对一般数控系统经常要求的限位功能没有过多考虑,主要原因是作为通用多轴控制器,是面向一般用户的(无论机器人,还是数控,一般运动时有一定限度范围的)

3.寻零功能有的还不完善

在后两个不足之处主要是通用多轴运动控制卡才出现的。认真地研究了国外先进的Galil、ComputMotor及东芝系列等电机控制系统,可以发现这些控制系统均可适用于步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机及液压伺服元件的运动控制,其控制精度高,工作可靠,具有优良的工作特性。其中,尤其值得推崇的是许多国外的这类系统都提供了高级语言的工作平台,用户可采用C++、VB和VISUALC++等对其驱动器直接进行编程控制。此外,他们大多都提供了共有1~6轴控制等不同规格的控制板以适应不同要求的情况。可使用其工作平台,很方便地对所设计的多轴系统进行智能运动控制,实现复杂的平面和空间运动及各种变速运动。借助于这样先进的控制系统,国外的许多设计者免除了国内设计者要花很大力气完成的底

电赛论文最终.

帆板控制系统设计(F题) 摘要:本系统以单片机STC12C5A48S2为控制核心及数据处理核心,采用加速度传感器MMA7260作为角度检测的核心器件,设计并制作了一个帆板控制系统。以L293构成电机的电路,通过对风扇转角的控制,调节风力的大小,改变帆板的转角θ。可以通过键盘设置帆板转角0~60o,并在LCD上实时显示θ。使用了PID算法,使系统能快速达到稳定。由于采用了低功耗单片机,并且使用了一些高性价比、低功耗的器件去设计电路,因此本放大器具有成本低,功耗小,性价比高的优点。 关键词:控制系统;角速度传感器;单片机;PID;

一、方案比较与选择 题目分析:综合分析题目要求,转动帆板时,实现实时显示角度,且能够通过键盘控制风力,是本题的最大难点,也是设计的重点之一。另一难点是使帆板转角达到60o。要得到更好的性能指标,放大电路的零点漂移也是一个很难解决的问题。此外,在整个电路的设计中,要考虑其成本。 1、数据处理和控制核心选择 方案一:采用DSP最小系统板。即由DSP来实现电机的控制、传感器信号采集和人机界面控制等功能。 方案二:采用单片机STC12C5A48S2最小系统板。即由单片机STC12C5A48S2实现整个系统的统一控制和数据处理。 本系统不涉及大量的数据存储和复杂处理,虽然方案一控制更灵活更方便,但DSP的资源得不到充分利用,且系统规模大,成本高。而单片机STC12C5A48S2是一种8位低功耗微、高性能处理器,具有丰富的片上外设和较强的运算能力,且可串口编程,使用十分方便,性价比高。 综上所述,故采用方案二。 2、角度传感器的比较与选择 方案一:角度传感器KMZ41与信号调理芯片UZZ9001组成的角度采集模块。KMZ41与信号调理芯片UZZ9001一起,能够对180°范围内的角度信号进行测量,并利用SP I方式提供11位的角度信号输出。调试繁琐,且电路稳定性差。 方案二:采用MMA7260三轴加速度传感器。这个三轴加速度计用的是Freescale (飞思卡尔)公司生产性价比高微型电容式加速度传感器MMA7260芯片。用三轴加速度计利用重力分量换算原理,来测量角度与其他数字量倾角传感器相比自然要精准许多,因为模拟量的,可将电压值换算对应倾斜角度值,所以在许多需要测量角度的场合,非运动的条件下,不妨可以试试使用加速度计。 综上所述,采用方案二,电路集成度高、控制方便、易于用单片机处理。 3、显示系统的比较与选择 方案一:用数码管进行显示。数码管由于显示速度快,使用简单,显示效果简洁明了而得到了广泛应用。但是由于本题中要同时显示两个方向的倾斜角度,用数码管无法显示如此丰富的内容。 方案二:用LCD液晶进行显示,由于其显示清晰,内容丰富、清晰,信息量大,使用方便。 综上所述,本系统要显示的内容较丰富,采用方案二。 二、总体方案设计及系统方框图 本设计由角度传感器,经单片机控制器采集角度信息,再由单片机控制信号到驱动板,以调节风扇的转速,从而控制帆板的角度。 根据设计要求,此系统难点在于角度传感器的选取,及对于流体力学控制。因此,为能够检测到角度,本系统采用加速度传感器,利用重力分量,从而得到帆板的角度。对于自动调节帆板的角度,是由风扇的转速决定,而风扇是直流电机,对于直流电机的调速,本设计的驱动方式采用双H桥并联,控制信号上采用了PWM的调节方式,并可以调节电机运行在四象限。 由于系统设计各数据的难以测量,如风叶片与风流大小,风向的扩散性等因数。

运动控制卡设计步骤

运动控制卡开发四步曲 1使用黑金开发板实现脉冲控制的运动控制卡 运动控制器第一步:实现简单脉冲控制系统 方式、 占空比 可编程 脉冲输 出 1.1使用Quartus II软件建立SOPC工程,按照上图建立添加所需CPU及外设。 1.2使用Nios II建立UC-OS-II工程。 1.3在UC-OS-II中建立一个任务,用于收发以太网数据,跟上位机通讯。 1.4在Quartus II中加入编码器解析模块,将来自编码器的AB信号转化成位置和速度,并支持总线读写,最高编码器脉冲频率20M。 1.5在Quartus II中加入脉冲输出模块,实现CPU发出的脉冲速度和脉冲数,最高输出脉冲频率8M。 1.6在Nios II中规划速度曲线,周期200us输出一个脉冲速度。 1.7连接驱动器和电机进行调试。 1.8加入缓冲控制。 1.9加入高速捕获功能。 1.10加入回零功能。

2使用DSP开发板+黑金开发板实现脉冲控制的运动控制卡 运动控制器第二步:DSP+FPGA脉冲控制系统 方式、 占空比 可编程 脉冲输 出 电压保护 2.1在第一步的系统中,增加与DSP通信的模块。 2.2Nios II中接收到上位运动指令之后,发出中断信号给DSP,DSP读取运动数据。 2.3DSP读取位置信号,规划出速度曲线输出到FPGA输出脉冲。 3. 连接驱动器和电机进行调试。 3使用DSP开发板+黑金开发板实现速度控制的运动控制卡

运动控制器第三步:DSP+FPGA 速度控制系统 8路模 拟量输出 3.1在第二步的基础上,在DSP 中增加位置环调节算法,输出速度曲线到FPGA ,FPGA 控制DA 输出模拟量。 3.2连接驱动器和电机进行调试。 4实现速度控+脉冲制的运动控制卡 电压保护 运动控制器第四步:DSP+FPGA 速度控制运动控制器 8路模 拟量输出 16方式、占空比可编程脉冲输出 线驱动器

帆板控制系统设计电子信息工程论文

毕业设计(论文) 帆板控制系统 姓名:xxxxxx 系别: 年级: 专业:电子信息工程 指导老师: 帆板控制系统

【摘要】本设计采用STC89C52RC为中心控制器,利用角度传感器来的采集、处理实现对风扇转速的控制,调节风力大小,进而改变帆板转角大小;帆板的角度检测,通过ADXL345模块,实现控制帆板角度的大小;通过充分比较、论证,最终选用小型直流电机作为风扇的制动源,小型直流电机力矩大、操作简单、价格低且能满足设计需求;系统显示采用LCD12864液晶,用于实时显示帆板的角度大小;控制电机是以NPN三极管BU406为驱动,再利用PWM算法算出合理的脉冲占空比;最后经过多次测试表明,系统完全达到了设计要求,不但完成了所有基本和发挥部分的要求,并增加实现了实时显示占空比全程变化的功能。 【关键词】自动控制、帆板、角度测量、小型直流电机、液晶显示、脉宽调制 Panel Control System 【Abstrct】According to the panel control system design requirements, to design the whole system was studied, established the optimal design scheme, using STC89C52RC as the center controller, using the angle sensor to the acquisition, processing of the fan speed control. The power adjustment, and then change the windsurfer windsurfing angle; angle detection. Through the ADXL345 module realization of control panel, in terms of size; by comparison, the final selection of full proof, small DC motor as the braking source fan, small DC motor torque, simple operation, low price and can satisfy the design requirement; display system using LCD12864, used for real-time display panel angle; control motor is NPN three. BU406 drive, then the use of PWM algorithm calculates the reasonable pulse duty ratio; finally after many tests show that.The system meets the design requirements, not only finished all the basic and the requirements to play a part, and to increase the real-time display of the whole function of the variation of duty ratio. 【Keywords】A utomatic Control, Windsurfing, Angle Measurement, Small DC Motor, Liquid Crystal Display, Pulse Width Modulation

运动控制卡概述

运动控制卡概述 ? ?主要特点 ?SMC6400B独立工作型高级4轴运动控制器 功能介绍: 高性能的独立工作型运动控制器以32位RISC为核心,控制4轴步进电机、伺服电机完成各种功能强大的单轴、多轴运动,可脱离PC机独立工作。 ●G代码编程 采用ISO国标标准G代码编程,易学易用。既可以在文本显示器、触摸屏上直接编写G代码,也可以在PC机上编程,然后通过USB通讯口或U盘下载至控制器。 ●示教编程 可以通过文本显示器、触摸屏进行轨迹示教,编写简单的轨迹控制程序,不需要学习任何编程语言。 ●USB通讯口和U盘接口 支持USB1.1全速通讯接口及U盘接口。可以通过USB接口从PC机下载用户程序、设置系统参数,也可用U盘拷贝程序。

●程序存储功能 程序存储器容量达32M,G代码程序最长可达5000行。 ●直线、圆弧插补及连续插补功能 具有任意2-4轴高速直线插补功能、任意2轴圆弧插补功能、连续插补功能。应用场合: 电子产品自动化加工、装配、测试 半导体、LCD自动加工、检测 激光切割、雕铣、打标设备 机器视觉及测量自动化 生物医学取样和处理设备 工业机器人 专用数控机床 特点: ■不需要PC机就可以独立工作 ■不需要学习VB、VC语言就可以编程 ■32位CPU, 60MHz, Rev1.0 ■脉冲输出速度最大达8MHz ■脉冲输出可选择: 脉冲/方向, 双脉冲 ■2-4轴直线插补 ■2轴圆弧插补 ■多轴连续插补 ■2种回零方式 ■梯型和S型速度曲线可编程

■多轴同步启动/停止 ■每轴提供限位、回零信号 ■每轴提供标准伺服电机控制信号 ■通用16位数字输入信号,有光电隔离 ■通用24位数字输出信号 ■提供文本显示器、触摸屏接口 技术规格: 运动控制参数 运动控制I/O 接口信号 通用数字 I/O 通用数字输入口 通用数字输出口 28路,光电隔离 28路,光电隔离,集电极开路输出 通讯接口协议

帆板控制系统论文

帆板控制系统 摘要:本设计给出了以MSP430F149为核心的帆板控制系统的基本原理与实现方案。由倾角测量模块、电机驱动模块、显示模块、调节模块等模块组成。采用SCA103T倾角传感器,可实现倾角精确测量。采用直流电机驱动风扇。系统功能由按键控制,可对测量结果进行实时显示,人机交互界面友好,经测试,达到了较好的性能指标。 关键词:MSP430F149,倾角传感器,电机驱动 The Panels Control System Abstract: The basic principle and implements solutions of the control system of the panels are given using MSP430F149 as the core. It is composed by inclination measurement modules, motor driver module, display module and adjust module. It can realize precision measurement using the SCA103T tilt sensor. Fan is driver by the dc motor, The system function is controlled by keys and the measurement result can be real-time displayed, the system has good man-machine interface and achieved better performance indicators by test,. Keywords: MSP430F149,Inclination sensor,motor driver

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摘要 本课程设计从直流电动机原理入手,建立V-M双闭环直流调速系统,设计双闭环直流调速系统的ACR和ASR结构,其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电,触发器采用KJ004触发电路,系统无静差;符合电流超调量σi≤5%;空载启动到额定转速超调量σn≤10%。并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能,且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词:双闭环;直流调速;无静差;仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words:double closed loop;DC speed control system;without the static poor;simulation

基于DSC和FP GA的运动控制卡设计

2016年1月第44卷第2期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSJan 2016Vol 44No 2DOI:10.3969/j issn 1001-3881 2016 02 048 收稿日期:2014-11-03 作者简介:张从鹏(1975 ),男,博士,副教授,研究方向为数字化制造技术与装备三E-mail:soaringroc@ncut edu cn三基于DSC和FPGA的运动控制卡设计 张从鹏,刘同,赵康康 (北方工业大学机电工程学院,北京100144) 摘要:针对四轴运动控制卡进行研究,设计了一种基于数字信号控制器DSC和FPGA双核架构的四轴数字量和模拟量运动控制卡;开发了数字脉冲输出模块二模拟量模块二标志位模块二编码器接收模块及接口电路等硬件;基于开发的硬件系统,实现了运动控制粗精两级插补算法,粗插补采用数据采样算法,精插补采用数字积分法,完成了控制卡软硬件调试三实验结果表明:控制卡实现了步进电机和伺服电机的多轴精确位置控制,性能稳定,可以满足多数工业场合应用三 关键词:四轴运动控制卡;DSC;FPGA;插补算法 中图分类号:TP23一一文献标志码:B一一文章编号:1001-3881(2016)2-156-3 DesignofMotionControllerBasedonDSCandFPGA ZHANGCongpeng,LIUTong,ZHAOKangkang(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China)Abstract:Afour?axisdigitalandanalogmotioncontrollerbasedondigitalsignalcontroller(DSC)andFPGAwasdesigned,in?cludingdigitalpulseoutputmodule,analogmodule,flagmodule,encoderreceivermoduleandinterfacecircuit.Basedonthedevel?opedhardware,coarseandfinetwointerpolationalgorithmwasrealized.Sample?datawaschosenascoarseinterpolation,digitaldiffer?entialanalyzerwaschosenasfineinterpolation.Thecontrolcardhardwareandsoftwaredebuggingwerealsocompleted.Theexperimen?talresultsshowthat:thecontrolcardisusedtorealizemulti?axisprecisepositioncontroltostepper/servomotor,itcanmeetmostin?dustrialapplications. Keywords:Four?axismotioncontroller;Digitalsignalcontroller(DSC);Fieldprogrammablegatearray(FPGA);Interpola?tionalgorithm一一运动控制卡作为运动控制系统中的核心数据处理部件,是高性能运动控制的重要部件,对其性能的要 求也越来越高三目前工业上应用的运动控制卡多采用DSP或x86芯片作为主处理器,依靠其强大的数据处理能力实现系统管理和数据插补,造价高昂,运动控 制的实时性得不到保障[1]三随着微电子技术的发展,以STM32F4为代表的新一代处理器数字信号控制器(DSC)应运而生三DSC是一种集微控制器(MCU)和数字信号处理器(DSP)专长于一身的新型处理 器,既集成了DSP处理器的实时硬件算法,又具有MCU接口丰富的优点,系统功耗低,十分适合电机控制二电源转换和传感器处理等领域[2-3]三作者面向工业应用,基于DSC+FPGA硬件架构,采用DSC处理器STM32F407ZGT6和FPGA芯片EP4CE10F17C8N 设计新型运动控制卡,粗精两级插补实现运动控制, 具有一定的现实意义三 1一运动控制卡结构 运动控制卡采用DSC+FPGA双核心结构,利用 了DSC的控制器接口资源丰富和FPGA硬件可编程 及并行处理特点三DSC负责接口二通信二数控粗插补二系统管理等功能,其上连接RS232接口二以太网接口二USB接口二FLASH二EEPROM等存储芯片等三FPGA负责数控精插补模块二运动控制接口模块,其中包括:脉冲接口,编码器接口,I/O接口,标志位及手轮接口等5个接口功能三运动控制卡硬件结构如图1所示 三 图1一运动控制卡的基本结构

网上购书系统毕业设计

摘要 随着网络技术的发展,Internet已成为最具市场潜力的技术领域,使用Web技术设计的数据库应用软件,是目前Internet市场的技术中坚,各种Web应用如电子商务,网上购物等都采用这种方式实现。 网上购书在国外已经是一个比较常见的购书方式了,而在我国,网上购书才是刚刚起步,但发展的速度却十分的惊人。本系统主要实现了用户的管理、书籍的查找与购买、购物车的实现、订单的管理以及用户留言等功能,为用户提供了迅速、便利的网上购书环境。 本系统采用JSP、Servlet、JavaBean和JDBC等一些JA V A Web相关技术实现了一个简单的网上购书系统,MVC开发模式可以分离数据访问和数据表现,让开发人员可以开发一个可伸缩性强的、便于扩展的控制器,来维护整个流程。本系统通用性强,经过简单的修改就可以应用于更广泛的网上购物系统,具有一定的推广价值。 关键词:书店;数据库;JSP;Servlet;JavaBean

Abstract With the development of network technology, Internet has become the most market potential of technology, the use of Web technology, designed for database application software, is the Internet market, the technical backbone of a variety of Web applications such as e-commerce, online shopping and so using this ways. Online textbook abroad is a relatively common textbook approach, while in China, online textbook is just started, but the pace of development was very amazing. This system mainly achieves the user's management, the search and the sale of books, shopping cart implementation, order management, and user comments and other functions, provides users with fast and convenient online friendly environment. In this system, JSP, Servlet, JavaBean, and JDBC and some other JA V A Web-related technology to achieve a simple online textbook system that versatility, MVC development model can be separated from data access and data performance, so developers can develop a strong scalability, scalable controller, to maintain the entire process. Through a simple modification can be applied to a wider range of online shopping system, with a certain extension purchase. Keywords: bookstore; database;JSP;Servlet;JavaBean

数控机床刀架设计及运动控制毕业设计说明书

辽宁工程技术大学 目录 前言 (1) 1 国内外数控发展历史 (3) 1.1国内外数控车床的研究状况与成果 (3) 1.2数控刀架的发展趋势 (6) 2 数控刀架整体方案设计 (8) 2.1数控机床刀架应满足的要求 (8) 2.2动力刀架的整体方案设计 (9) 2.3数控机床刀架的类型 (10) 2.4数控转塔刀架的开发应用 (12) 2.5刀架的工作原理 (13) 2.6刀架定位精度及重复定位精度 (15) 3 数控机床自动回转刀架机构设计 (16) 3.1步进电机的选用 (16) 3.2.1 齿轮传动的分类和特点 (17) 3.2.2 齿轮传动类型选择的原则 (18) 3.3蜗杆及蜗轮的选用与校核 (18) - 1 -

辽宁工程技术大学 3.3.1选择传动的类型 (18) 3.3.2选择材料和确定许用应力 (18) 3.3.3按接触强度确定主要参数 (19) 3.4蜗杆轴的设计 (21) 3.4.1 蜗杆轴的材料选择,确定许用应力 (21) 3.4.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 (21) 3.4.3 确定各轴段的直径和长度 (21) 3.4.4蜗杆轴的校核 (22) 3.4.5 键的选取与校核 (26) 3.5蜗轮轴的设计 (27) 3.5.1 蜗轮轴材料的选择,确定需用应力 (27) 3.5.2 按扭转强度,初步估计轴的最小直径 (27) 3.5.3确定各轴段的直径和长度 (27) 3.6中心轴的设计 (28) 3.6.1 刀架轴的结构设计及计算 (28) 3.6.2 确定各轴段的直径和长度 (28) 3.6.3轴的校核 (30) 3.7齿盘的设计 (30) 3.7.1齿盘的材料选择和精度等级 (31) 3.7.2 确定齿盘参数 (31) - 2 -

运动控制卡应用编程技巧

运动控制卡应用编程技巧 内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 关于源代码的阅读,需要读者有一定的C++编程基础,至少对以下表示形式不会产生误解:const char *pString; //指定pString邦定的数据不能被修改 char * const pString; //指定pString的地址不能被修改 const char * const pString; //含上面两种指定功能 当然,随便提醒一下,这些源代码若需要加入你的软件工程当中,还需要作一些调整和修改,因此,这些源代码实质上称为伪代码也可以,之所以展现它们,是让程序员们有个可视化的快感,特别是那些认为源代码就是一切的程序员。 同时,为了提高针对性,大部分控制卡调用的函数会明确指出是邦定哪些卡的,实际应用时,程序员可自行选择,以体现一下自己的智商是可以写写软件的。 一、控制卡类的单一实例实现 把控制卡类作一个类来处理,几乎所有C++程序员都为举双手表示赞同,故第一个什么都没有的伪代码就此产生,如下表现: class CCtrlCard { public:

…Function public: …attrib } 于是,用这个CctrlCard可以产生n多个控制卡实例,只要内存足够。然而,针对现实世界,情况并不那么美好。通常情况下,PC机内只插同种类型的控制卡1到2张,在通过调用d1000_board_init或d3000_board_init函数时,它们会负责返回有效卡数nCards,然后从0-nCards*4 - 1自行按排好轴数。初始化函数就是C++的new或malloc的操作,取得系统的资源,但是控制卡的资源与内存不一样,取得资源后必需要释放才可以再次获取,即控制卡资源是唯一的。 既然控制卡资源是唯一的,那么最好Cctrlcard产生的实例也是唯一的,这样,我们可以方便的需要定义一个全局变量即可: CctrlCard g_Dmcard; 在其它需要调用的地方,进行外部呼叫: extern CctrlCard g_DmcCard; 以上方法实在太简单了,很多人都会开心起来。实质上,方法还有很多,即然可以产生n 多对实例,我们的核心是只要保证调用board_init函数一次即可,故也可以单独定义一个InitBoard函数: class CctrlCard {

毕业答辩

本人自述 胡主任、任老师下午好: 我是来自电气0901班的曹祥超,本人毕业设计题目为帆板控制系统 此帆板控制系统主要要求是: 1、基本要求 (1)用手扳动帆板时,能够数字显示帆板的转角。显示范围为0-60度,分辨力为2度,绝对误差<=5度。 (2) 当间距d等于10cm时,通过操作键盘控制风力大小,使帆板转角能在0-60度范围内变化,并要求实时显示。 (3)当间距d等于10cm时,通过操作键盘控制风力大小,使帆板转角稳定 在455度范围内。要求控制过程在10秒内完成,实时显示,并有声光提示,以便测试。2、发挥部分(1)当间距d=10 cm时,通过键盘设定帆板转角,其范围为0-60度,要求在5秒内达到设定值,并实时显示。最大误差绝对值不能超过5度。 (2)间距d在7-15cm范围内任意选择,通过键盘设定帆板转角,范围在0-60度。要求在5秒内达到设定值,并实时显示。最大误差的绝对值不超过5度。 等基本部分和发挥部分,具体的设计要求请老师可以查看毕业设计论文任务设计书部分。 设计的思路: 该系统的基本设计思路为通过按键调节改变风扇风力大小进而改变帆板的转动角度,再通过角度测量传感器测量帆板转角通过液晶显示出来。能够更直观的看到帆板的转动角度。 本系统主要是由主控制模块,驱动模块,采集模块,显示模块,电源模块组成,为了满足帆板控制系统的设计要求,进行了个模块的比较论证及确定。 在主控制模块中我们选用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机,此单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度更快,而且体积小性能高。 在驱动模块中我们选用ST生产的高电压大电流可用单片机的I/O口提供信

基于运动控制卡的控制系统的设计与实现 Design and implementation

基金颁发部门:国家自然科学基金委;项目名称:宽谱XCT 的投影数据模拟以及投影数据校正方法的研究;编号:60551003;基金申请人:牟轩沁,邓振生; 备注:本论文是基金项目中仪器设备研究科目:"控制X线机双能量曝光的控制设备"的控制方法研究之一。 基于运动控制卡的控制系统的设计与实现 Design and implementation of motion control system based on motion control card 柳叶青1,*邓振生1,陈真诚1,牟轩沁2 LIU Ye-qing1, DENG Zhen-sheng, CHEN Zhen-cheng, MOU Xuan-qin2 (1.中南大学信息物理工程学院生物医学工程研究所,湖南 长沙 410083; 2.西安交通大学电子与信息工程学院图像处理与模式识别研究所,陕西 西安 710049) (1.Institute of Biomedical Engineering, School of Info-Physic and Geomatic Engineering, Central South University, Changsha, Hunan, 410083, China; 2. Institute of Image Processing and Pattern Recognition, The School of Electronic and Information Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, Shanxi, 710049, China)摘 要:本文介绍了一个基于多轴运动控制卡的运动控制系统。该系统以工控计算机、通用操作系统、PCI-8134多轴运动控制卡及其功能库函数为平台,采用VC++开发的人机界面,实现了三轴(X,Y,Z轴)独立运动、各个轴的连续直线运动以及梯形加减速运动等功能。 关键词:PCI-8134运动控制卡;运动控制;VC++ Abstract: In this article, a motion control system based on control card of multi-axis movement was introduced. It is grounded on the industrial computer, the common operation system; a multi-axis motion control card, PCI-8134, and its movement function library, the interface in VC++ Language can be programmed in order to implement the control. The motion control functions include the movement of three axes separately; continuous linear movement and T-curve acceleration/deceleration movement of each axes, etc. Key words: motion control card PCI-8134, motion control, VC++ 0 引言 运动控制技术的发展是推动新的产业革命的关键技术。传统的数字运动控制装置一般直接采用微机或单片机来实现位置控制,外围电路复杂,计算速度慢。近年来,对运动控制系统的速度和精度的要求愈来愈高,使得传统的运动控制系统难以取得满意的控制效果,因此急需一种运算速度快、可以满足高精度运动控制的。随着技术的成熟稳定,目前市场上出现了种类繁多的运动控制卡。 本研究利用基于PCI总线的PCI-8134多轴运动控制卡及其功能库函数、工控计算机,设计了可控制多轴的步进电机、按照编程预定的运动轨迹及运动参数作定位运动的控制系统。本系统具有通用性,可方便地移植到各种运动控制系统的开发中去,例如机器人、雕刻机及专用数控机床的开发等。 1 基于运动控制卡的运动控制系统实现原理 运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心,大多用于控制步进电机或伺服电机。运动控制卡与PC机构成主从式控制结构:PC 机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作,例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等;控制卡完成运动控制的所有细节,包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等。 运动控制卡通过板卡接口输出PC机运算结果的运动控制脉冲数和运动方向控制等信号,经过伺服驱动功率放大器放大后,驱动步进电机或交流数字伺服电机转动,再通过滚珠丝杠传动机械,驱动两轴或三轴精密十字工作台运动。对于运动目标位置控制通常有两种模式:一种模式是采用步进电机驱动的开环控制系统模式,另一种是采用交流数字伺服电机驱动闭 * 本文通讯作者:邓振生

毕业设计论文——最终版

毕业设计论文 作者学号 系部 专业 题目 指导教师 评阅教师 完成时间:

毕业设计(论文)中文摘要

毕业设计(论文)外文摘要

目录 1 绪论 (1) 1.1J AVA语言的特点 (1) 1.2开发工具E CLIPSE介绍 (2) 1.3开发工具JDK介绍 (2) 1.4应用环境 (3) 2 系统需求分析 (3) 2.1需求分析 (3) 2.2可行性分析 (3) 3 系统概要设计 (4) 3.1游戏流程图 (4) 3.2设计目标 (5) 3.3系统功能模块 (5) 3.4系统数据结构设计 (7) 4 系统详细设计 (10) 4.1程序设计 (10) 4.2贪吃蛇游戏各功能界面截图 (13) 5 系统测试 (16) 5.1测试的意义 (16) 5.2测试过程 (16) 5.3测试结果 (17) 结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (19)

1 绪论 贪吃蛇是世界知名的益智类小游戏,选择这个题目一方面是为了将我们自己的所学知识加以运用;另一方面,我希望通过自己的所学知识把它剖析开来,通过自己的动手实践,真正的了解它的本质和精髓。希望通过这次实践,能从中提高自己的编程能力。并从中学会从零开始分析设计程序,达到学以致用,活学活用的目的。另外,通过本游戏的开发,达到学习Java技术和熟悉软件开发流程的目的。 本游戏的开发语言为Java,开发工具选用Eclipse。 Java是一种简单的,面向对象的,分布式的,解释型的,健壮安全的,结构中立的,可移植的,性能优异、多线程的动态语言。这里采用Java作为开发语言主要是基于Java的面向对象和可移植性。 Eclipse 是一个开放源代码的、基于 Java 的可扩展开发平台。就其本身而言,它只是一个框架和一组服务,用于通过插件组件构建开发环境。 1.1 Java语言的特点 1.1.1 简单性 Java与C++语言非常相近,但Java比C++简单,它抛弃了C++中的一些不是绝对必要的功能,如头文件、预处理文件、指针、结构、运算符重载、多重继承以及自动强迫同型。Java 实现了自动的垃圾收集,简化了内存管理的工作。 1.1.2 平台无关性 Java引进虚拟机原理,并运行于虚拟机,实现不同平台之间的Java接口。Java的数据类型与机器无关。 1.1.3 安全性 Java的编程类似C++,但舍弃了C++的指针对存储器地址的直接操作,程序运行时,内存由操作系统分配,这样可以避免病毒通过指针入侵系统。它提供了安全管理器,防止程序的非法访问。 1.1.4 面向对象 Java吸收了C++面向对象的概念,将数据封装于类中,实现了程序的简洁性和便于维护性,使程序代码可以只需一次编译就可反复利用。

基于+PLC+的两轴运动控制系统设计

基于 PLC 的两轴运动控制系统设计 学生姓名:张坤森 学号:2014062038 指导教师;彭宽栋 专业:机电一体化 杭州科技职业技术学院 摘要:以可编程控制器 PLC 作为运动控制系统的核心,步进电机作为运动控制系统的执行机构,设计了基于 PLC 的两轴运动控制系统;通过 PLC 高速脉冲口输出高速脉冲,实现了单轴运动或者两轴运动;采用触摸屏作为操作面板,建立了友好的人机交互界面。 关键词:机械制造自动化; PLC;步进电机;运动控制 0 前言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。步进电机开环控制结构简单,可靠性高,价格低。但当起动频率太高或者负载太大,步进电机极易失步。而步进电机闭环控制可以克服以上缺点,提高系统精度和稳定性。在闭环控制系统中,采用增量式编码器作为反馈装置。而 PLC 作为一种工业计算机,具有逻辑控制、步进控制、数据处理、存储功能、自诊断功能、通信联网等功能,而且具有较高的可靠性、较强的抗干扰性、较好的通用性等优点。所以,使用 PLC 控制步进电机,构建两轴运动控制系统,具有重要意义。 1 系统组成 本文所实现的示教与再现功能系统组成框图如图1所示。采用西门

子 S 7-200系列的 C P U226 D C/D C /D CP L C作为主控制器。该 C P U具有 4个最高 20k H z的正交高速脉冲计数器 ,能够对输入的正交编码脉冲信号进行 4分频 [ 5] ; 2个最高 20k Hz 的高速脉冲输出 ;24个输入点和 16个输出点 ; 其布尔型指令执行时间只有 0. 22μ s [ 6] 。 2 系统总体设计 该运动控制系统由触摸屏、 PLC、步进电机驱动器、步进电机、限位开关、急停开关、编码器等组成。操作者通过触摸屏端操作,向PLC 发出控制指令,PLC 根据控制指令和内部梯形图控制相应步进电机动作,步进电机将带动相应的进给轴动作,同时,PLC 将采集与步进电机相连的编码器产生的反馈信号,并将反馈信号返回给触摸屏,以完成整个系统的反馈环节。此外,外部限位开关用于限定运动系统的极限位置,急停开关用于发生突发状况时,立即停止机器,防止伤害或者损失扩大。系统总体设计框图如图 1

运动控制卡C程序示例

2. VC 编程示例 2.1 准备工作 (1) 新建一个项目,保存为“ VCExample.dsw ”; (2) 根据前面讲述的方法,将静态库“ 8840.lib ”加载到项目中; 2.2 运动控制模块 (1) 在项目中添加一个新类,头文件保存为“ CtrlCard.h ”,源文件保存为“ CtrlCard.cpp ”; (2) 在运动控制模块中首先自定义运动控制卡初始化函数,对需要封装到初始化函数中的库函数进行初始化; (3) 继续自定义相关的运动控制函数, 如:速度设定函数,单轴运动函数,差补运动函数等; (4) 头文件“ CtrlCard.h ”代码如下: # ifndef __ADT8840__CARD__ # define __ADT8840__CARD__ 运动控制模块 为了简单、方便、快捷地开发出通用性好、可扩展性强、维护方便的应用系统,我们在控制卡函数库的 基础上将所有库函数进行了分类封装。下面的示例使用一块运动控制卡 ****************************************************** #define MAXAXIS 4 //最大轴数 class CCtrlCard { public: int Setup_HardStop(int value, int logic); int Setup_Stop1Mode(int axis, int value, int logic); (设置stop1 信号方式) int Setup_Stop0Mode(int axis, int value, int logic); (设置stop0 信号方式) int Setup_LimitMode(int axis, int value1, int value2, int logic); (设置限位信号方式) int Setup_PulseMode(int axis, int value); (设置脉冲输出方式) int Setup_Pos(int axis, long pos, int mode); (设置位置计数器) int Write_Output(int number, int value); (输出单点函数) int Read_Input(int number, int &value); (读入点) int Get_CurrentInf(int axis, long &LogPos, long &ActPos, long &Speed); (获取运动信息) int Get_Status(int axis, int &value, int mode); (获取轴的驱动状态) int StopRun(int axis, int mode); (停止轴驱动) int Interp_Move4(long value1, long value2, long value3, long value4); (四轴差补函数) int Interp_Move3(int axis1, int axis2, int axis3, long value1, long value2, long value3); (三轴差补函数) int Interp_Move2(int axis1, int axis2, long value1, long value2); (双轴差补函数) int Axis_Pmove(int axis ,long value); (单轴驱动函数) int Axis_Cmove(int axis ,long value); (单轴连续驱动函数) int Setup_Speed(int axis ,long startv ,long speed ,long add ); (设置速度模块) int Init_Board(int dec_num); (函数初始化) (设置速度模块) CCtrlCard(); (定义了一个同名的无参数的构造函数) int Result; // 返回值 }; #endif

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