开闭环通用运动控制器制造技术

一种开闭环通用运动控制器，是由微处理器，通过总线接口与有关单元电路连接形成的反馈环路，其特征为：运动反馈单元电路是由位置反馈处理电路与信号控制单元电路的反馈旁路通过选择开关与位置计数器相连接而构成；信号控制单元电路是脉冲信号发生器，其输入端连接微处理器的数据总线，其选通端连接总线接口的地址译码器出口，其输出端除带有反馈旁路且连接电机驱动器；所述电路是在两片ｉｓｐＬＳＩ３２５６的系统内可编程大规模逻辑电路芯片（ＩＳＰ）内烧结固化而成，微处理器是一片ＴＭＳ３２０的数字信号处理器芯片（ＤＳＰ），本发明专利技术的开闭环通用运动控制器组件安装在半长卡电路板上，可对交、直流及步进电机都能作精确位置和速度控制、集成度高、制造使用方便。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

Open closed loop universal motion controller

A general motion controller, is composed of a microprocessor, the bus interface unit is connected with the relevant circuit formed by a feedback loop, which is characterized in that the motion feedback unit circuit is composed of position feedback circuit and signal processing circuit of the feedback control unit through the bypass switch and select the location counter which are connected; the signal control unit circuit pulse signal generator, the input end of the data bus is connected with the microprocessor, the export address decoder strobe terminal connected to the bus interface, and the output end and connected with feedback in addition to bypass motor drives; the circuit is programmable logic circuit chip in the large-scale system of two ispLSI3256 (ISP) in sintering and curing, microprocessor is a digital signal processor TMS320 (DSP), the The open and closed loop universal motion controller component is arranged on the half long board circuit board, and can make accurate and position control of the AC, DC and stepper motors, and the integration degree is high, and the manufacture and the use are convenient.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控
，尤其涉及带反馈环路的运动控制器的技术改进与创新。
技术介绍
当前，数控技术中运动控制技术方兴未艾，运动控制器以其特有的灵活性和优秀的运动轨迹控制能力使许多工业生产设备焕发出勃勃生机，可以说只要有电机应用的场合就离不开运动控制器。但目前的运动控制器，虽然可以作到一卡同时控制四个电机的运动轨迹，但却要求所有的电机或为交/直流电机、或为步进电机，即或者是闭环/半闭环控制模式、或者是开环控制模式，不能作到一卡通用闭、开环两种控制模式即开环控制系统用于步进电机，不带反馈；而闭环反馈控制系统用于交/直流电机。由于上述不同，因此，①传统的运动控制器需要分别设计不同的软件、硬件，从而使开发周期增长、开发成本增加，提高了用户掌握和使用运动控制器的难度；②在步进电机的开环运动控制器中，常采用一些专用的中大规模集成电路如8253、8254等控制脉冲输出频率和脉冲输出数以实现步进电机的速度和位置定位，但往往存在脉冲不够均匀或脉冲数不准确、微处理器所需周边器件较多以致影响整个系统的稳定性和可靠性；③开环系统中不能采用伺服滤波器来提高系统性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，是要提供一种可对交、直流及步进电机都能作精确位置和速度控制、集成度高、制造使用方便的开闭环通用型运动控制器。为此，本专利技术的技术方案是一种开闭环通用运动控制器，是由微处理器，通过总线接口与有关单元电路如下连接形成的反馈环路即总线接口→信号控制单元电路→电机驱动器→电机→光电跟踪器→运动反馈单元电路→总线接口，其特征在于所述的运动反馈单元电路，是由位置反馈处理电路与信号控制单元电路的反馈旁路通过选择开关与位置计数器相连接而构成，即所述位置反馈处理电路的输入端连接交/直流电机的光电跟踪器的输出电路并接收位置方波信号，输出端连接选择开关的受选端并输出转换脉冲信号；所述信号控制单元电路的反馈旁路连接选择开关的另一受选端并直接输出电机控制脉冲信号；所述位置计数器的输入端连接选择开关主选端并接收脉冲信号，通过输出端输出计数信号。所述的总线接口包括数据选择电路、地址译码器，其中数据选择电路入口接各个位置计数器的输出端，出口接微处理器的数据总线；地址译码器入口接微处理器的地址及控制总线，出口接各个信号控制单元电路的选通端及数据选择电路的受控口。所述的信号控制单元电路是脉冲信号发生器，其输入端连接微处理器的数据总线并接收伺服信号，其选通端连接总线接口的地址译码器出口并接收选址信号，其输出端连接所述反馈旁路且连接电机驱动器并输出电机控制脉冲信号。所述的信号控制单元电路、运动反馈单元电路、总线接口的数据选择电路、地址译码器均是由可编程逻辑电路组合而成；其中，每路信号控制单元电路及运动反馈单元电路各连接一台电机，所述的各个选择开关还与一外部选择开关相连接。所述的信号控制单元电路、运动反馈单元电路、总线接口的数据选择电路、地址译码器是在两片型号为ispLSI3256的系统内可编程大规模逻辑电路芯片(ISP)内部烧结固化而成，其中，所述外部选择开关及总线接口的数据选择电路、地址译码器均连接四路信号控制单元电路及运动反馈单元电路。所述的微处理器，是一片型号为TMS320的数字信号处理器芯片(DSP)，包括四个功能模块其中参数存储块、轨迹规划块、伺服控制块循序连接形成环路，并分别与中断管理块连接构成。所述的开闭环通用运动控制器包括信号控制单元电路、运动反馈单元电路、总线接口、微处理器等组件均集中安装在半长卡(122mm×185mm)电路板上。由于采用了上述改进，本专利技术具有如下优点由于从信号控制单元电路中分流一支反馈旁路连接到位置计数器输入端，来自电机驱动器接头的控制脉冲通过内部反馈，与来自交/直流电机的光电跟踪器的方波信号一样，均可进入反馈闭环系统，使厂家无须针对开环与闭环控制分别设计软、硬件，而可按照统一的闭环控制系统设计软、硬件，从而缩短了开发周期、降低了开发成本；上述在开环系统引入内部位置反馈的电路结构，使用户可以根据需要，通过外部选择开关的切换实现同一控制器通用于闭环控制和传统的开环控制两种情况，可以控制多种伺服电机，扩展了运动控制器的功能，且方便用户掌握和使用运动控制器；可以统一采用闭环伺服滤波和控制电路，省去了开环控制中的一些繁杂多余的集成电路和周边器件，且提高了系统的控制性能，伺服控制周期可达0.05ms/轴，信号输出周期误差仅0.1us，最大输出脉冲频率可达1MHz；可在系统编程，开放性、互换性、可移植性和扩展性强可通过在PC机上经简单编程而实现运动控制，不一定需要专门的数控软件，还可从软件上进行完善的轨迹插补，能方便地建立高层应用程序对机器人、机床等设备的控制连接，实现高性能暨小型化；运动控制器硬件采用DSP、ISP相结合的具体方案，具有外围器件少、硬件结构简单、系统集成度和柔性度高、具有多种规划模式(T型、S曲线、单速、电齿、直输等模式)配合PID+前馈伺服算法等优点，可在半长卡(122mm×185mm)电路板上集成三类(交/直流、步进)四台或更多电机的运动控制电路，且电机的类型可任意组合采用；以上述结构为基础，根据不同需要，也可以将本专利技术的开闭环通用运动控制器连接构成ISA或PCI总线式、并口式、串行网络式运动控制器。以下结合附图对本专利技术作出说明附图说明图1为本专利技术实施例的电路原理框图。图2为本专利技术实施例的两片ISP芯片的内部电路接线图。图3为本专利技术实施例的微处理器DSP芯片的功能模块框图。具体实施例方式如图1所示一种开闭环通用运动控制器，是由微处理器1，通过总线接口2与有关单元电路如下连接形成的反馈环路即总线接口2→信号控制单元电路3→电机驱动器5→电机6→光电跟踪器7→运动反馈单元电路4→总线接口2，其特征在于所述的运动反馈单元电路4，是由位置反馈处理电路4-1与信号控制单元电路3的反馈旁路3-1通过选择开关4-2与位置计数器4-3相连接而构成，即所述位置反馈处理电路4-1的输入端连接交/直流电机的光电跟踪器7的输出电路并接收位置方波信号，输出端连接选择开关4-2的受选端并输出转换脉冲信号；所述信号控制单元电路3的反馈旁路3-1连接选择开关4-2的另一受选端并直接输出电机控制脉冲信号；所述位置计数器4-3的输入端连接选择开关4-2的主选端并接收脉冲信号，通过输出端输出计数信号。所述的总线接口包括数据选择电路2-1、地址译码器2-2，其中数据选择电路2-1入口接各个位置计数器4-3的输出端，出口接微处理器1的数据总线DD；地址译码器2-2入口接微处理器1的地址总线DA及控制总线DC，地址译码器2-2出口接各个信号控制单元电路3的选通端及数据选择电路2-1的受控口。所述的信号控制单元电路3是脉冲信号发生器，其输入端连接微处理器1的数据总线DD并接收伺服信号，其选通端接总线接口2的地址译码器2-2的出口并接收选址信号，其输出端连接所述反馈旁路3-1且连接电机驱动器5并输出电机控制脉冲信号。所述的信号控制单元电路3、运动反馈单元电路4、总线接口2的数据选择电路2-1、地址译码器2-2均是由可编程逻辑电路组合而成；其中，每台电机6各连接一路信号控制单元电路3及运动反馈单元电路4，所述的各个选择开关4-2还与一外部选择开关8相连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开闭环通用运动控制器，是由微处理器，通过总线接口与有关单元电路如下连接形成的反馈环路即：总线接口→信号控制单元电路→电机驱动器→电机→光电跟踪器→运动反馈单元电路→总线接口，其特征在于：所述的运动反馈单元电路，是由位置反馈处理电路与信号控制单元电路的反馈旁路通过选择开关与位置计数器相连接而构成，即：所述位置反馈处理电路的输入端连接交／直流电机的光电跟踪器的输出电路并接收位置方波信号，输出端连接选择开关的受选端并输出转换脉冲信号；所述信号控制单元电路的反馈旁路连接选择开关的另一受选端并直接输出电机控制脉冲信号；所述位置计数器的输入端连接选择开关主选端并接收脉冲信号，通过输出端输出计数信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙佑喜，范大鹏，朱春光，郑子文，刘钢，付永红，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]