嵌入式数控系统研究
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基于ARM9的嵌入式数控切割控制系统研究
可 以通过 Ｓ Ｉ 口实现 处理 器 与Ｃ Ｎ总线 控制 器 的 Ｐ接 Ａ 连接 。￥ Ｃ ４ ０ 理 器对伺 服 电机 的控制 是数 控 系 ３ ２ １处
展研 究 ，产 生 了以数 控技 术 为 代 表 的 机 床 自动 化 控 制 技 术 ，从 此也 成 为机 械 加 工 中不 可 缺 少 的 产 物 。数 控 加 工 以其 高 度 的灵 活 性 、控 制 过程 的 自 动 性 和 加 工 的 精 确性 给 工 业 制 造 带 来 革命 性 的 发 展 。如 今 ，嵌 入 式技 术 的迅 猛 发 展 ，给数 控加 工 领 域 又 一 次 带 来 全 新 的 发 展 时 期 。采 用 功 能 强
号 和通 过 Ｃ ＡＮ总 线 传 送过 来 的 远 程控 制 命 令 ， 然 后通 过 运 行在 处 理 器 上 的 相关 处 理 算 法 和程 序 ，
对切 割 系统 的各 种 电 机 、 伺服 控 制 器 发 送控 制信
直 围绕 机 床 加 工 的 自动 化 和 高 精 度 两 个 方 向 开
Ｄ ｉ１ ．９ ９ ｉｉｓ ．０ ９ ０ ３ ．０ １ ２ 上 ） １ ｏ ： ３ ６／ ． ｎ １ ０ － １ ４ ２１ ．（ ．９ ０ ｓ
０ 引 言
机 械 切 割 系 统 在 工 业 加 工 中 有 着 重 要 的 作 用 ，尤 其 是 在 以 制造 业 为主 的我 国 生 产 加 工 中 作
贾 文
ＪＩ Ｗ ｅｎ Ａ
（ 州 职 业 技 术 学 院 ，柳 州 ５ ５ ０ ） 柳 ４ ０ ６
摘
要 ：本文对数控切割系统的硬件组成结构进行 了深入研究 ，给出了典 型数控切 割系统的硬件组成框
图 ，并 对 该 硬 件 电路 中 各 主 要 功 能 模 块 进 行 了 分 析 。详 细 阐述 了 以 Ａ Ｍ９ ３ ４ 微 处 理 器 为 Ｒ Ｓ ０２ １ Ｏ
展研 究 ，产 生 了以数 控技 术 为 代 表 的 机 床 自动 化 控 制 技 术 ，从 此也 成 为机 械 加 工 中不 可 缺 少 的 产 物 。数 控 加 工 以其 高 度 的灵 活 性 、控 制 过程 的 自 动 性 和 加 工 的 精 确性 给 工 业 制 造 带 来 革命 性 的 发 展 。如 今 ，嵌 入 式技 术 的迅 猛 发 展 ，给数 控加 工 领 域 又 一 次 带 来 全 新 的 发 展 时 期 。采 用 功 能 强
号 和通 过 Ｃ ＡＮ总 线 传 送过 来 的 远 程控 制 命 令 ， 然 后通 过 运 行在 处 理 器 上 的 相关 处 理 算 法 和程 序 ，
对切 割 系统 的各 种 电 机 、 伺服 控 制 器 发 送控 制信
直 围绕 机 床 加 工 的 自动 化 和 高 精 度 两 个 方 向 开
Ｄ ｉ１ ．９ ９ ｉｉｓ ．０ ９ ０ ３ ．０ １ ２ 上 ） １ ｏ ： ３ ６／ ． ｎ １ ０ － １ ４ ２１ ．（ ．９ ０ ｓ
０ 引 言
机 械 切 割 系 统 在 工 业 加 工 中 有 着 重 要 的 作 用 ，尤 其 是 在 以 制造 业 为主 的我 国 生 产 加 工 中 作
贾 文
ＪＩ Ｗ ｅｎ Ａ
（ 州 职 业 技 术 学 院 ，柳 州 ５ ５ ０ ） 柳 ４ ０ ６
摘
要 ：本文对数控切割系统的硬件组成结构进行 了深入研究 ，给出了典 型数控切 割系统的硬件组成框
图 ，并 对 该 硬 件 电路 中 各 主 要 功 能 模 块 进 行 了 分 析 。详 细 阐述 了 以 Ａ Ｍ９ ３ ４ 微 处 理 器 为 Ｒ Ｓ ０２ １ Ｏ
嵌入式数控系统的结构可靠性分析
ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｎ ｅ ｅ ｄ ｄ ＣＮＣ ｓ ｓｅ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｄ ｔｒ ｉ ｅ ｔ ｅ ｖ ｒａ ｔｐ ｒ ｍｅ ｅ ｔｉｅ ａ ｅ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｅｉ ｉ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｆａ ｍｂ ｄ ｅ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ． ｔ ｏ ｓ ｔ ｅｅ ｍ ｎ ｈ ａ ｉ ｎ ａ ａ ｔ ｒｍａｒｘ ｓ ｈ ｖ ｂ ｅ ｉ ｅ ， ａ ｄ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｆ ｉ ｒ ｅ ｓ ｙ ｓ ｕ ｔ ｒ ｎ ｈ ｅｉ ｂ ｌ ｙ ｍ ｏ ｅ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｂ ｅ ｂ ａｎ ｄ ｗｈ ｃ ｅｎ ｇｖ ｎ ｎ ｈ ｄ ｌｏ ｌ ｅ ｄ ｎ ｉ ｔ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｄ ｌ ｅ ｓ ｓ ａｕ ｔ ｒ ａ ｉ ｏ ｔ ｅ ｈ ｖ ｅ ｎｏ ｔｉｅ ， ｉｈ
ｈ ｓｂ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｏ ｅ ｂ ｓｓｏ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｈ ＮＣ ｙ ｔ ｍ ｎ ｐ ｌ ｄ ｔ ａ ｅ ｎ ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ａ ｉ ｆ ｎ ｌ ｓｓ ｆ ｈ ｃｉ ｓａ ｄ ｒ ａ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｅ ｓｏ ｅ Ｃ ｈ ａ ｔ ｕ ｏ ｄ ｐ ｔ ｓ ｓｅ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｅ ｏ
第４ ３卷
第 ２期
天
津
大
学
学Байду номын сангаас
报
、０ ． ＮＯ． ，１４３ ２
２ １ 年 ２月 ００
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｉｅｓｙ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｊ Ｕｎｖ ｒｉ Ｔ ｎ ｔ
Ｆ ｂ ２ ｌ ｅ． ００
嵌入式数控 系统 的结构可 靠性分析
刘清建 ，王太勇 ，王 涛 ， 之劲章 ，刘振 忠
空间误差在数控系统的嵌入式补偿技术研究
ｌ幅度提 高数控机床的加工精度。 》 关键词： 数控机床 ； 空间误差补偿 ； 嵌入式 ｉ ｛
；
【ｂ ｒｃ Ｗｔｔ ｃ ａ Ｃ ａ ｉ ｃｒｙｅｕｅｅｔｉｌｇｏ ｔ ｒ ｍ ｅ一｛ Ａ ｓ ａ 】 ｉ ｅｎｒｓ ｏＣ ｃ ｎ ａ ｕ ｑｉｍｎｓｇ ｍ ｒ ｅｏｃ ｐｎ ｔ ｔ ｈｈ ｉ ｅ ｅｆ Ｎ ｍ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ，ｎｅ ｅｅ ｉ ｒｒｏ ｃ ｃ
图 ３空 间误差插补接 口示意图
数据测量 ， 测量工作 台主轴沿对角线方 向的位移增量 。沿 Ｐ Ｐ Ｐ 方向的测量示意 图， 如图 ６ 所示。
图 ４嵌入式空间误差补偿示意图
２３ Ｈ — ． Ｎ０ ８型 系统 空间误差 补偿模块 用户 接 口设 计
表 １ 补 偿 外设 接 口表
名 称
．、 （）ｅ 床精度 的一个较好 的方法。 向误差补偿技术早已广泛应用于实 沿 ｘｙｚ方向产生的位置误差在体对角线方 向的投影 为 ｅ 、 单 （ ）ｅｘ ， 、（）沿着体对角线方向运动时所测量的空 间位置误差矢量 际工程领域 ， 并在一定程度上提高了机床 的加工精度。然而数控 ， ，） （ 机床本身的运动复杂性使得运动过程 中产生的各种误差也相 当 ｅ Ｙｚ可 以分解为三个运动轴分别运 动时产生的位 置误差矢
图 ６沿 Ｐ Ｐ方 向的测量原理 Ｐ
工作台沿着体对角线 Ｐ Ｐ方 向运动 时，可在 Ｐ
方向测得
由于 Ｘ轴的步进运动而产生的位移误差 ｅ ， ） 可以得到： （
（ ｈ ｎＨ ａｈ ｎ ｕ ｒ ａ Ｃ ｎｒｌ ｏ，ｔ， ｈ ｎ４ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｚ ａ ｕ ｚｏ ｇＮ ｍｅｉ ｌ ｏ ｔ ． ｄ Ｗｕ ａ ３ ２ ３ Ｃ ｉａ Ｕ ｃ ｏＣ Ｌ
ｌ 【 要】 摘 随着对数控机床加工精度要求日 益提高， 单项几 何误差补偿已 无法完全满 足数控机床的 ； 》 加工精度 要求。 相对误差分解、 基于 合成补偿法， 开发了 三维空间几 何误差补偿嵌入式 模块。 Ｈ Ｃ ８｛ 在 Ｎ－ ｛型数控系 统中实 现了深层次 嵌入式的补偿模块集成， 并进行了实验验证， 表明补偿效果明显， 结果 可大 ｛
；
【ｂ ｒｃ Ｗｔｔ ｃ ａ Ｃ ａ ｉ ｃｒｙｅｕｅｅｔｉｌｇｏ ｔ ｒ ｍ ｅ一｛ Ａ ｓ ａ 】 ｉ ｅｎｒｓ ｏＣ ｃ ｎ ａ ｕ ｑｉｍｎｓｇ ｍ ｒ ｅｏｃ ｐｎ ｔ ｔ ｈｈ ｉ ｅ ｅｆ Ｎ ｍ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ，ｎｅ ｅｅ ｉ ｒｒｏ ｃ ｃ
图 ３空 间误差插补接 口示意图
数据测量 ， 测量工作 台主轴沿对角线方 向的位移增量 。沿 Ｐ Ｐ Ｐ 方向的测量示意 图， 如图 ６ 所示。
图 ４嵌入式空间误差补偿示意图
２３ Ｈ — ． Ｎ０ ８型 系统 空间误差 补偿模块 用户 接 口设 计
表 １ 补 偿 外设 接 口表
名 称
．、 （）ｅ 床精度 的一个较好 的方法。 向误差补偿技术早已广泛应用于实 沿 ｘｙｚ方向产生的位置误差在体对角线方 向的投影 为 ｅ 、 单 （ ）ｅｘ ， 、（）沿着体对角线方向运动时所测量的空 间位置误差矢量 际工程领域 ， 并在一定程度上提高了机床 的加工精度。然而数控 ， ，） （ 机床本身的运动复杂性使得运动过程 中产生的各种误差也相 当 ｅ Ｙｚ可 以分解为三个运动轴分别运 动时产生的位 置误差矢
图 ６沿 Ｐ Ｐ方 向的测量原理 Ｐ
工作台沿着体对角线 Ｐ Ｐ方 向运动 时，可在 Ｐ
方向测得
由于 Ｘ轴的步进运动而产生的位移误差 ｅ ， ） 可以得到： （
（ ｈ ｎＨ ａｈ ｎ ｕ ｒ ａ Ｃ ｎｒｌ ｏ，ｔ， ｈ ｎ４ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｚ ａ ｕ ｚｏ ｇＮ ｍｅｉ ｌ ｏ ｔ ． ｄ Ｗｕ ａ ３ ２ ３ Ｃ ｉａ Ｕ ｃ ｏＣ Ｌ
ｌ 【 要】 摘 随着对数控机床加工精度要求日 益提高， 单项几 何误差补偿已 无法完全满 足数控机床的 ； 》 加工精度 要求。 相对误差分解、 基于 合成补偿法， 开发了 三维空间几 何误差补偿嵌入式 模块。 Ｈ Ｃ ８｛ 在 Ｎ－ ｛型数控系 统中实 现了深层次 嵌入式的补偿模块集成， 并进行了实验验证， 表明补偿效果明显， 结果 可大 ｛
《高性能嵌入式数控系统算法优化机制的研究与开发》
《高性能嵌入式数控系统算法优化机制的研究与开发》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控系统作为工业自动化领域的重要一环，其性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。
高性能嵌入式数控系统作为数控系统的核心组成部分，其算法优化机制的研究与开发对于提高系统性能具有十分重要的意义。
本文旨在研究高性能嵌入式数控系统的算法优化机制，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、高性能嵌入式数控系统概述高性能嵌入式数控系统是一种集成了高性能处理器、高精度传感器、高效率控制算法等技术的数控系统。
它具有高精度、高速度、高可靠性的特点，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
然而，随着工业自动化程度的不断提高，对数控系统的性能要求也越来越高，因此，对高性能嵌入式数控系统的算法优化机制进行研究与开发显得尤为重要。
三、算法优化机制研究1. 算法选择与改进针对高性能嵌入式数控系统的特点，选择合适的控制算法是提高系统性能的关键。
目前，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
针对这些算法，我们进行了深入研究，分析了它们的优缺点，并根据实际需求进行了改进和优化。
2. 实时性优化实时性是高性能嵌入式数控系统的重要性能指标之一。
为了满足实时性要求，我们采用了多线程技术、中断处理技术等手段，对算法进行了实时性优化。
同时，我们还对系统的硬件资源进行了合理分配，确保了系统在运行过程中能够快速响应外部指令。
3. 鲁棒性优化鲁棒性是指系统在面对外部干扰和内部参数变化时能够保持稳定性的能力。
为了提高系统的鲁棒性，我们采用了自适应控制技术、鲁棒控制技术等手段，对算法进行了优化和改进。
这些技术可以根据系统的实际情况进行自我调整，确保系统在面对各种复杂情况时能够保持稳定运行。
四、算法优化机制开发在算法优化机制研究的基础上，我们进行了相关开发工作。
首先，我们设计了一套完整的开发流程，包括需求分析、算法选择与改进、实时性优化、鲁棒性优化等环节。
嵌入式数控系统应用研究
心 ，以计 算机 技 术为 基础 、软硬 件可 裁减 ，
适 应 应 用 系 统 对 功 能 、 可 靠 性 、 成 本 、 体
控 制 模 块 连 接 ， 运 动 控 制 模 块 通 过 Ｉ ０ 模 ／ 块与伺服控制器和机床各开关量相连 。
积 、功 耗 等 综 合性 严 格 要 求 的 专 用计 算 机
随 着 电子 技 术 的飞 速 发展 ，数 控 系统 控 制 模 块 和 Ｉ ０ 及 伺 服 控 制 器 等 。 ／ 逐 渐 朝嵌 入 式 方 向 发展 。嵌 入 式 系统 是 近 年 发 展最 快 的 技 术 之 一 ，它 是 以 应用 为 中
（ ） 入 式数 控 运 动 控 制模 块 。 机床 逻 ３嵌
辑 运 动 控 制 的 核 心 ，利 用 逻 辑 运 算 能 力 ，
图 １ 嵌 入 式数 控 系统 硬 件 系统 结构 构 成 原理 图
３ ４
数 字 技 术 与 应 用
・
数 字技 术 ・
（ ） ＣＰ Ｄ／Ｆ ＧＡ 模 块 。 ＣＰ Ｄ 模 块 包 ７ Ｌ Ｐ Ｌ
括 ＣＰ ＬＤ、 ＦＰ ＧＡ 、 ＣＰ Ｄ 对 ＦＰＧＡ 的 配 置 Ｌ 电 路 。 ＣＰ ＬＤ 主 要 是 用 来 对 ＳＲＡＭ 工 艺 的
负 责送 料 机 运 行 轨 迹 的 计 算 、 插 补 、 反 向
间 隙 补 偿 、 信 号 采 集 、 主 轴 及 的 运 算 和 控 制 。
（ 软件功能设计。 ２）
由 于 该 嵌 入 式 数 控 系 统 采 用 ｕ ｉ ｕｘ Ｃｌｎ
操 作 系 统 管 理 系 统 的 资 源 ， 相 对 于 传 统 的 单 片 机 ， 更 类 似 一 台 微 型 计 算 机 系 统 ， 具
嵌入式开放型数控系统的研究
化、 实时性 强 、 稳定 可靠 ， 更好 的进 行多任 务 处理 ， 并能 保证 数控 系 统 的实 时性 。
［二 匦口
图 ２ 嵌入式数控系统的硬件结构
和直 接译码接 口、 反转控制 电路 、 Ｈ桥驱 动 ， 正 双 电流输 出为 ２ ．Ａ， ５ １ 基 于 ＤＳ 的 嵌 入 式 数 控 系 统 模 型 Ｐ
时性 强 、 定 可 靠 、 硬 件 可 裁 剪 等 特 点 。 稳 软 关 键 词 ： Ｐ 嵌 入 式 系 统 ； 补 算 法 ＤＳ ； 插
制造 业是 国民经济 的基础 产 业 。数控技 术 是先 进制 造 技术 的
基 础 ，是关系 到 国家战 略地位 和 体现 国家 综合 国力水 平 的重 要基 础 性技 术 ，其 水平 高低 是衡量 一个 国家制造 业现 代化 程度 的核心
１１ 数 控 系 统 的 硬 件 结 构 ．
Ｄ Ｐ处理器 采用 Ｔ 公司 的 Ｔ ３ ０ ２ ｌ 。 ＭＳ ２ Ｆ ８ ２是 Ｓ Ｉ Ｍｓ ２ Ｆ ８ ２ Ｔ ３ Ｏ ２ １ Ｔ 公司推 出 的一款 ３ Ｉ ２位定 点数 字 信 号处 理 器 ，集成 了多种 先进
根据现 有 的实验 条件 通 过对 各种 插补 算法 的 比较 ，我们 选 择 了数 字积 分插 补算 法进 行深 入研 究 ，数 字积 分插 补算 法 是脉 冲增 量插 补的 一种 ， 目前 使用 范 围很广 。 它是用 数 字积 分的 方法计 算各 坐标 轴的移 动量 ， 而使运 动 轨迹 沿着 设 定的 曲线运 动 。 从 数字 积分 插补 算法 具有 运 算速 度 快 ， 冲分 配 均匀 ， 以实现 一 次 、 次 曲 脉 可 二
薹 兰 ｓｉｚａ ｈｙｈ。 ｅｕ－ ｊ ｚ
嵌入式开放型数控 系统 的研究
［二 匦口
图 ２ 嵌入式数控系统的硬件结构
和直 接译码接 口、 反转控制 电路 、 Ｈ桥驱 动 ， 正 双 电流输 出为 ２ ．Ａ， ５ １ 基 于 ＤＳ 的 嵌 入 式 数 控 系 统 模 型 Ｐ
时性 强 、 定 可 靠 、 硬 件 可 裁 剪 等 特 点 。 稳 软 关 键 词 ： Ｐ 嵌 入 式 系 统 ； 补 算 法 ＤＳ ； 插
制造 业是 国民经济 的基础 产 业 。数控技 术 是先 进制 造 技术 的
基 础 ，是关系 到 国家战 略地位 和 体现 国家 综合 国力水 平 的重 要基 础 性技 术 ，其 水平 高低 是衡量 一个 国家制造 业现 代化 程度 的核心
１１ 数 控 系 统 的 硬 件 结 构 ．
Ｄ Ｐ处理器 采用 Ｔ 公司 的 Ｔ ３ ０ ２ ｌ 。 ＭＳ ２ Ｆ ８ ２是 Ｓ Ｉ Ｍｓ ２ Ｆ ８ ２ Ｔ ３ Ｏ ２ １ Ｔ 公司推 出 的一款 ３ Ｉ ２位定 点数 字 信 号处 理 器 ，集成 了多种 先进
根据现 有 的实验 条件 通 过对 各种 插补 算法 的 比较 ，我们 选 择 了数 字积 分插 补算 法进 行深 入研 究 ，数 字积 分插 补算 法 是脉 冲增 量插 补的 一种 ， 目前 使用 范 围很广 。 它是用 数 字积 分的 方法计 算各 坐标 轴的移 动量 ， 而使运 动 轨迹 沿着 设 定的 曲线运 动 。 从 数字 积分 插补 算法 具有 运 算速 度 快 ， 冲分 配 均匀 ， 以实现 一 次 、 次 曲 脉 可 二
薹 兰 ｓｉｚａ ｈｙｈ。 ｅｕ－ ｊ ｚ
嵌入式开放型数控 系统 的研究
嵌入式数控系统的网络应用研究
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｍｅ ｉ ｌ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ａ ｐ ｉｄ ｔ ａ ｉｕ ｄ ｓ ｒｅ ， ｎ ｅ ｔ ｎ ｔ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｅ Ｎｕ ｒｃ ａ Ｃｏ ｔ ｏ ｓ ｅ ｈ ｓｂ ｅ ｐ ｌ Ｏ ｖ ｒｏ ｓｉ ｕ ｔ ｉｓ ａ ｄ ｒ ｍｏ ｅｍｏ ｉ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｈ ｓ ｂ — Ｓ ｅ ｎ ｏ ｃ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｏ ｓ ｏ ． Ｔｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｅ ｅ ｒ ｈ ｈ ｅ ｗｏ ｋ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｍｂ ｄ ｅ ｏ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｈ ｔ ｐ ｔ ｉ ｒ ｉ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｐ ｌ ｔ ｆ ｅ ｅ ｄ ｄ ＣＮＣ ｓ ｓ ｅ ， ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ＮＦＳ ｃ ｃ ｏ ｙ ｔｍ ｎ ｌ ｄｎ ｈ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｕ ｄ ｒｔ ｅｅ ｅ ｄ ｄ Ｌｉ ｕ ｌ ｔｏ ｍ ｎ ｈ ｍｂ ｄ ｅ ｅ ｅ ｖ ｒｉ ｍｂ ｄ ｅ ＮＣ ｙ ｔ ｍ ，ＮＦ ｏ ｆｇ ｒ — ｏ ｆ ｒ ｔ ｎ ｅ ｈ ｍｂ ｄ ｅ ｎ ｘ ｐ ａ ｆ ｒ ａ ｄ ｔ ｅｅ ｅ ｄ ｄ Ｗ ｂ ｓ ｒ ｅ Ｅ ｇ ｏ ｎ ｅ ｄ ｄＣ ｓ ｓｅ Ｓ ｃ ｎｉｕ ａ ｔｏ ｎ ｅ ｅ ｄ ｄ Ｌｉ ｕ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｐ ａ ｆ ｒ ａ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｍｂ ｄ ｅ ｂ ｓ ｖ ｒ ｉ ｍｂ ｄ ｅ ｉ ｎ ｉ ｍｂ ｄ ｅ ｎ ｘ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｌ ｔｏ ｍ ｎ ｐ ｌ ｔ ｆｅ ｅ ｄ ｄ ｗｅ ｅ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄ ｄ ＣＮＣ ｙ ｔ ｍ． ｃ ｏ ｓ ｓｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｃ ＮＣ ｙ ｔｍ ；ｅ ｅ ｄ ｄ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓｅ ｍｂ ｄ ｅ ｙ ｔ ｍ；ｎ ｔ ｒ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｅｗｏ ｋ ａ ｐ ｉ ｔｏ ｃ
嵌入式超声内圆磨削数控系统的研究与开发
一
种利 用嵌入式技术来构建超声振动 内圆磨削数控系
统的设 计方案。此 系统总体 性能稳 定 ，开发 成本低 ， 具有 强实时性 ，符合开放式数控系统的发展方 向 ，具 有很强 的市场竞争力 和广泛 的应用前景。
１ 超声 振动 内圆磨 削数控 系统总体 方 案的设 计
嵌入式 系统 是 以应 用 为 中心 ，计 算机 技 术 为基 础 ，软 、硬件 可 剪裁 ，适用 于对 功 能 、可 靠 性 、成
在砂轮快进结束转为工进磨削时 ，利用 电动机驱动偏
心轮 曲柄滑块机构 ，实现砂 轮往复磨 削运动 。机床整 体结构如 图 １ 所示 。
４ Ｓ ６
控系统作为数控机床的控制 核心 ，在结构上可划分硬 件和软件 两 大 组 成 部 分 。作 者 采 用 飞 利 浦 公 司 的
Ｌ Ｃ ２ ０芯片和交 流伺服 电机控制器为核心来构建数 Ｐ２１ 控系统 的硬件平台 ，并 附以相应 的外 围通讯模 块组成
本 、体积和功耗要求严格的专用计算机系统。由于嵌
收稿 日期 ：２ １ ００—１ — １ １ ０
体的设计方 案。 由于超声 振动 内圆磨 削数 控 系统本 身 的特 点要
求 ，系统伺 服 电机选 用 ＰｎｓｎｃＭＳ Ａ ４ Ａ Ａ交 流 ａａｏｉ Ｄ ０ ３ １ 伺 服电机 和驱动器 ，而整个机器 的传动和导 向机构则
ｉ ｅｆｔ ｎ ｈ ｌ ａｄ ｒ ｙｔｍ． Ｔ ｅｓｆ ａｅｗａ ａｅ ｎ￣Ｃ Ｏ —Ｉｒａ—ｍｅｅ ｅ ｄ ｄｏ ｅａｉｇｓｓｅ ，ａ ｄｔｅｒｑ ｉｅ ｐ ｔ ｌ ｏ ｏ ｅｗ ｏｅｈ ｒｗａｅｓｓｅ ｓ ｈ ｏｔ ｒ ｓｂ ｓｄｏ ｗ ／ Ｓ ｌ ｅ ｌｔ ｍｂ ｄ ｅ ｐ ｒｔ ｙｔｍ ｉ ｎ ｎ ｅ ｕｒｄａ — ｈ ｐｉａｉｎ ｓｆ ｒ ａ ｅｅｏ ｅ Ｏａ ｏｔｒ ￣Ｃ Ｓ－Ｉ ｅ ｌ ｉ ｍｂ ｄ ｅ ｐ ｒｔ ｇｓ ｓｅ ｉｔ ｎ ｒｃｉａ ｍｂ ｄ ｅ ｌａ ｏ ｉ ｌ ｔ ｏｔ ｅｗ ｓｄ ｖｌｐ ｄ Ｓ ｓｔ ｕｎ ｃ ｏ ｗａ ／Ｏ ・ ｒａ・ ｍｅ ｅ ｅ ｄ ｄ ｏ ｅａｉ ｙｔｍ ｎｏｏ ｅｐａ ｔ ｌ Ｉ － ｔ ｎ ｃ ｅ ｅ ｄ ｄ ｕｔ ｓ ｎｃ ｒ
种利 用嵌入式技术来构建超声振动 内圆磨削数控系
统的设 计方案。此 系统总体 性能稳 定 ，开发 成本低 ， 具有 强实时性 ，符合开放式数控系统的发展方 向 ，具 有很强 的市场竞争力 和广泛 的应用前景。
１ 超声 振动 内圆磨 削数控 系统总体 方 案的设 计
嵌入式 系统 是 以应 用 为 中心 ，计 算机 技 术 为基 础 ，软 、硬件 可 剪裁 ，适用 于对 功 能 、可 靠 性 、成
在砂轮快进结束转为工进磨削时 ，利用 电动机驱动偏
心轮 曲柄滑块机构 ，实现砂 轮往复磨 削运动 。机床整 体结构如 图 １ 所示 。
４ Ｓ ６
控系统作为数控机床的控制 核心 ，在结构上可划分硬 件和软件 两 大 组 成 部 分 。作 者 采 用 飞 利 浦 公 司 的
Ｌ Ｃ ２ ０芯片和交 流伺服 电机控制器为核心来构建数 Ｐ２１ 控系统 的硬件平台 ，并 附以相应 的外 围通讯模 块组成
本 、体积和功耗要求严格的专用计算机系统。由于嵌
收稿 日期 ：２ １ ００—１ — １ １ ０
体的设计方 案。 由于超声 振动 内圆磨 削数 控 系统本 身 的特 点要
求 ，系统伺 服 电机选 用 ＰｎｓｎｃＭＳ Ａ ４ Ａ Ａ交 流 ａａｏｉ Ｄ ０ ３ １ 伺 服电机 和驱动器 ，而整个机器 的传动和导 向机构则
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第 ３ ７卷 第 １期 ・ 术 学
Ｖｏ１３７ ＮＯ． ． １
湖
南
农
机
ＨＵＮＡＮ ＾ＧＲＩ ＣＵＬＴＵＲＡＬ ＭＡＣＨｌ ＮＥＲｙ
２ ０年 ０ ０１ １月
Ｎ ｏ ２０ １ ｖ． ０
嵌 入 式数控 系统 研 究
张淑 坤
（ 南科技学 院， 河 河南 新 乡 ４ ３ ０ ） ５ ０ ３
收 稿 日期 ：０ ９１－０ ２ ０ ．２２
用提 供了一个高性价 比、 低功耗 、 高性能的解决方案 。
该 片基 于ＡＲ ２ Ｔ内核 ， Ｍ９ ０ 采用五级流水线和哈佛结 构， 主频高达 ２０ ０ＭＨｚ Ｒ ２ Ｔ具有全性能的内存 。Ａ Ｍ９ ０
管 理 单元 ＭＭＵ （ ｍｏｙＭ ａａｅ ｎ Ｕｎｔ 独立 的 Ｍｅ ｒ ｎｇ ｍｅｔ ｉ、 ） １Ｋ 指 令 和 数 据 Ｃ ｃ ｅ以及 高 速 Ａ ６Ｂ ａｈ ＭＢ 总 线 接 口 。 Ａ
为了减少应用系统设计 的成本 ，３ ２ １ 集成 了众多的 ￥Ｃ ４０ 常用 资源 ， 例如 ： Ｃ Ｌ Ｄ控 制器、 （ 下转 第 ３ 页 ） ０
作者 简介： 张淑坤 ， ， 究方向： 女 研 机械 、 － 力学 金 属材科 。 Ｘ程
３ ０
湖
南
农
机
２１年０ 月 ００ １
嵌 入 式 数 控 系 统 兼 备 嵌 入 式 技 术 和 数 控 技 术 结 合 的 巨 大 优势 ， 将 符合 新 一代 数控 系 统 的 各 项 性 能要 求 。 必 一
比较 寄 存 器 ， 实现 位 置 的 闭环 控 制 。
号等）
１ 系统 的硬 件 设 计
本嵌 入式数控 系统采用 ＭＣ ３ ４ 芯片构 成运动 ｘ Ａｓ １
中图分类号 ： Ｐ １ Ｔ ２０
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ７８ ２ （ ０ ０ ０．０ ３０ １０ ．３ ０ ２ １） １０ ２ １
Ｅｍ ｂ ｄ ｄ Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｄｅ ｍ ｒｃ ｌ Ｃｏ ｒ ｌ ｓ ｅ Ｓ
ＺＨ＿ ＮＧ ， ． ｉｌ Ａ ＳＪｕ ｋＩ ｌ
控 制 卡 。 Ｘ １Ａｓ 日本 Ｎ Ｖ 电子 有 限 公 司研 制 ＭＣ ３ ４ 是 Ｏ Ａ 的 Ｄ Ｐ运 动 控 制 专 用 芯 片 ， 是 以单 一 芯 片而 可控 制 Ｓ 它
４轴的脉冲序 列输 出驱动伺服 电机 、 步进 电机的运动控
制 ： ， 以进 行 各 轴 独 立 的 定位 控 制 、 度控 制 ， 一 片 可 速 另
图 １ 嵌入式数控系统 的硬件总体结构图
１ １ ￥ Ｃ４ ０与 Ｍ Ｘ １Ａ ． ３ ２１ Ｃ ３ ４ ｓ的接 口设 计 ￥ Ｃ ４ ０是韩 国三 星 （ａ ｓｎ ） 司 设 计 的 ３ ３ ２１ Ｓｍ ｕｇ公 ２位
方面亦 可在 ４轴中任意 的选择 ２轴或是 ３ 轴来进行 圆
弧 、 线 、 模 式 插 补 。 出脉 冲频 率 高 达 ４ ｚ误 差 直 位 输 ＭＨ ，
摘
要： 嵌入式 系统 已经广泛应 用于通信 、 家电、 汽车等领域 ， 着微 电子技 术 、 随 计算机技 术、 控制技 术等的快
速 发展 。本文将嵌入 式的精 确控制 延伸到设计 ， 实验结果表 明， 嵌入 式
能 够精 确控 制 各 个部 件 的 正 常运 转 。 关键词： 入 式 ； 计 ； 嵌 设 数控 系统
了整体的思路 ， 在实物制作能力方面还是欠缺很 多， 实
验 过程 中毁坏 了很 多 器件 ， 焊接 完 毕却 得 不 到理 想 的 结
嵌 入式系统 已经广 泛应用于通信 、 电、 家 汽车等领 域， 随着微电子技术、 计算机技术、 制技 术等的快速发 控 展， 嵌入 式技术也得 到了飞速发展并且 逐渐成 熟。 嵌入 式技术与数控技术 的结合 ， 嵌入式数控系统的研究也是 近几年才 得以发展和重 视， 为更 多的学 者所青睐 基于
ＲＳ ＩＣ嵌 入式处理器 。 该处理器为手持 设备和一般性应
低 于： ．最小插补单元 ， Ｌ５ ０ 倍率 ｌ ５ ０ 每轴都有伺服 ～ ０。 反馈输入端、 四个输入 点和 ８ 个输 出点， 能独立 地设置 为恒速、 线性、 非对称 Ｓ曲线ａ ／ ｎ减控制 、 非对称梯形ａ ／ ｎ 减 控制， 并有 ２个 ３ 位 的逻辑 、 ２ 实际位置计数器和状态
（ ｎ ｎ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ｎ ｉｎ Ｈｅ ａ ５ ０ ３， ｎ Ｈｅ ａ ｃｅ ｃ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｘｉｘａ ｇ， ｎ ｎ ４ ３ ０ Ｃｈｉａ）
Ａｂｓｒ ｃ ： ｓａｔｃ ｅｗ ｉ ｘ ｅ ｄ ｔ ｅｐ ｅ ｉｅｃ ｎ ｒ ｌ ｆｅ ｅ ｄ ｄｎ ｍ ｅ ｃ ｌｃ ｎ ｒ ｙｓｅ ｔ ｅｂ ￣ｅ ｏ － ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｒｉｌ ｌ ｅ ｔｎ ｏｔ ｒ ｃｓ ｏ ｔｏ ｍｂ ｄ ｅ ｕ ｒ ａ ｏ ｔｏｌ ｔ ｍ， ｈ ｅ ｒｔ ｃ ｍ ｌ ｈ ｏ ｉ ｓ ｈｅ
第 ３ ７卷 第 １期 ・ 术 学
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２ ０年 ０ ０１ １月
Ｎ ｏ ２０ １ ｖ． ０
嵌 入 式数控 系统 研 究
张淑 坤
（ 南科技学 院， 河 河南 新 乡 ４ ３ ０ ） ５ ０ ３
收 稿 日期 ：０ ９１－０ ２ ０ ．２２
用提 供了一个高性价 比、 低功耗 、 高性能的解决方案 。
该 片基 于ＡＲ ２ Ｔ内核 ， Ｍ９ ０ 采用五级流水线和哈佛结 构， 主频高达 ２０ ０ＭＨｚ Ｒ ２ Ｔ具有全性能的内存 。Ａ Ｍ９ ０
管 理 单元 ＭＭＵ （ ｍｏｙＭ ａａｅ ｎ Ｕｎｔ 独立 的 Ｍｅ ｒ ｎｇ ｍｅｔ ｉ、 ） １Ｋ 指 令 和 数 据 Ｃ ｃ ｅ以及 高 速 Ａ ６Ｂ ａｈ ＭＢ 总 线 接 口 。 Ａ
为了减少应用系统设计 的成本 ，３ ２ １ 集成 了众多的 ￥Ｃ ４０ 常用 资源 ， 例如 ： Ｃ Ｌ Ｄ控 制器、 （ 下转 第 ３ 页 ） ０
作者 简介： 张淑坤 ， ， 究方向： 女 研 机械 、 － 力学 金 属材科 。 Ｘ程
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２１年０ 月 ００ １
嵌 入 式 数 控 系 统 兼 备 嵌 入 式 技 术 和 数 控 技 术 结 合 的 巨 大 优势 ， 将 符合 新 一代 数控 系 统 的 各 项 性 能要 求 。 必 一
比较 寄 存 器 ， 实现 位 置 的 闭环 控 制 。
号等）
１ 系统 的硬 件 设 计
本嵌 入式数控 系统采用 ＭＣ ３ ４ 芯片构 成运动 ｘ Ａｓ １
中图分类号 ： Ｐ １ Ｔ ２０
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ７８ ２ （ ０ ０ ０．０ ３０ １０ ．３ ０ ２ １） １０ ２ １
Ｅｍ ｂ ｄ ｄ Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｄｅ ｍ ｒｃ ｌ Ｃｏ ｒ ｌ ｓ ｅ Ｓ
ＺＨ＿ ＮＧ ， ． ｉｌ Ａ ＳＪｕ ｋＩ ｌ
控 制 卡 。 Ｘ １Ａｓ 日本 Ｎ Ｖ 电子 有 限 公 司研 制 ＭＣ ３ ４ 是 Ｏ Ａ 的 Ｄ Ｐ运 动 控 制 专 用 芯 片 ， 是 以单 一 芯 片而 可控 制 Ｓ 它
４轴的脉冲序 列输 出驱动伺服 电机 、 步进 电机的运动控
制 ： ， 以进 行 各 轴 独 立 的 定位 控 制 、 度控 制 ， 一 片 可 速 另
图 １ 嵌入式数控系统 的硬件总体结构图
１ １ ￥ Ｃ４ ０与 Ｍ Ｘ １Ａ ． ３ ２１ Ｃ ３ ４ ｓ的接 口设 计 ￥ Ｃ ４ ０是韩 国三 星 （ａ ｓｎ ） 司 设 计 的 ３ ３ ２１ Ｓｍ ｕｇ公 ２位
方面亦 可在 ４轴中任意 的选择 ２轴或是 ３ 轴来进行 圆
弧 、 线 、 模 式 插 补 。 出脉 冲频 率 高 达 ４ ｚ误 差 直 位 输 ＭＨ ，
摘
要： 嵌入式 系统 已经广泛应 用于通信 、 家电、 汽车等领域 ， 着微 电子技 术 、 随 计算机技 术、 控制技 术等的快
速 发展 。本文将嵌入 式的精 确控制 延伸到设计 ， 实验结果表 明， 嵌入 式
能 够精 确控 制 各 个部 件 的 正 常运 转 。 关键词： 入 式 ； 计 ； 嵌 设 数控 系统
了整体的思路 ， 在实物制作能力方面还是欠缺很 多， 实
验 过程 中毁坏 了很 多 器件 ， 焊接 完 毕却 得 不 到理 想 的 结
嵌 入式系统 已经广 泛应用于通信 、 电、 家 汽车等领 域， 随着微电子技术、 计算机技术、 制技 术等的快速发 控 展， 嵌入 式技术也得 到了飞速发展并且 逐渐成 熟。 嵌入 式技术与数控技术 的结合 ， 嵌入式数控系统的研究也是 近几年才 得以发展和重 视， 为更 多的学 者所青睐 基于
ＲＳ ＩＣ嵌 入式处理器 。 该处理器为手持 设备和一般性应
低 于： ．最小插补单元 ， Ｌ５ ０ 倍率 ｌ ５ ０ 每轴都有伺服 ～ ０。 反馈输入端、 四个输入 点和 ８ 个输 出点， 能独立 地设置 为恒速、 线性、 非对称 Ｓ曲线ａ ／ ｎ减控制 、 非对称梯形ａ ／ ｎ 减 控制， 并有 ２个 ３ 位 的逻辑 、 ２ 实际位置计数器和状态
（ ｎ ｎ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ｎ ｉｎ Ｈｅ ａ ５ ０ ３， ｎ Ｈｅ ａ ｃｅ ｃ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｘｉｘａ ｇ， ｎ ｎ ４ ３ ０ Ｃｈｉａ）
Ａｂｓｒ ｃ ： ｓａｔｃ ｅｗ ｉ ｘ ｅ ｄ ｔ ｅｐ ｅ ｉｅｃ ｎ ｒ ｌ ｆｅ ｅ ｄ ｄｎ ｍ ｅ ｃ ｌｃ ｎ ｒ ｙｓｅ ｔ ｅｂ ￣ｅ ｏ － ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｒｉｌ ｌ ｅ ｔｎ ｏｔ ｒ ｃｓ ｏ ｔｏ ｍｂ ｄ ｅ ｕ ｒ ａ ｏ ｔｏｌ ｔ ｍ， ｈ ｅ ｒｔ ｃ ｍ ｌ ｈ ｏ ｉ ｓ ｈｅ