五轴联动运动控制系统技术方案

本申请涉及运动控制系统技术领域，尤其涉及一种五轴联动运动控制系统，包括MCU模块、FPGA模块、DSP运算器、SPWM细分驱动器以及编码器。FPGA模块与MCU模块相连，FPGA模块包括定时控制器、AHB总线和多位乘法器。DSP运算器与FPGA模块的AHB总线相连。SPWM细分驱动器发出的脉冲向伺服执行机构输出。伺服执行机构根据来自SPWM细分驱动器的脉冲信号动作，编码器将伺服执行机构的移动位置信号反馈至DSP运算器，DSP运算器根据伺服执行机构的理论移动位置与编码器反馈的实际移动位置的差值调节SPWM细分驱动器发出的脉冲量。如此，减小因机械误差而造成的位移距离误差以及重复运动的累计误差，实现多轴同时运动的同时完成插补，减少操作时间和位移误差，进而提高产品精度、效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
五轴联动运动控制系统


[0001]本申请涉及运动控制系统
，尤其涉及一种五轴联动运动控制系统。

技术介绍

[0002]随着现代加工业制造业的迅猛发展，普通三轴数控机床已满足不了人们对加工零件的要求，五轴数控机床由于能加工异性型复杂的零件曲面，在现代加工制造业中，特别是在航天、航空、机器人、军事工业中得到广泛的应用，因此，研究高精度、高性能的五轴运动控制卡，是机床和机器人行业的主要研究重点。而在高精加工领域，对各轴的运动控制精度以及控制的一致性要求均较高。
[0003]如专利号为201611027591.7的中国专利中公开了一种五轴联动数控机床伺服系统控制方法，把单轴系统的反馈控制、前馈控制以及多轴的交叉耦合控制、旋转运动对直线运动的干扰补偿控制集成在一起，达到良好的跟踪性能和轮廓性能，形成完整的多轴集成精密联动伺服控制。但是该技术只是通过参照理想位置信号，把单轴系统的反馈控制、前馈控制以及多轴的交叉耦合控制、旋转运动对直线运动的干扰补偿控制集成在一起，难以克服执行机构由于机械误差而造成的位移距离的误差，也难以克服重复运动形成的累计误差，也难以实现多轴同时运动的同时完成插补。
[0004]可见，如何减小因机械误差而造成的位移距离误差以及重复运动的累计误差，实现多轴同时运动的同时完成插补，减少操作时间和位移误差，进而提高产品精度、效率和生产力是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供的一种五轴联动运动控制系统，旨在解决现有技术中如何减小因机械误差而造成的位移距离误差以及重复运动的累计误差，实现多轴同时运动的同时完成插补，减少操作时间和位移误差，进而提高产品精度、效率和生产力的技术问题。
[0006]本申请提供的一种五轴联动运动控制系统，包括：MCU模块；FPGA模块，所述FPGA模块与所述MCU模块相连，所述FPGA模块包括定时控制器、AHB总线和多位乘法器，所述多位乘法器用于进行反馈数据的实时运算；DSP运算器，所述DSP运算器与所述FPGA模块的所述AHB总线相连；SPWM细分驱动器，所述SPWM细分驱动器与所述DSP运算器的输出端相连，所述SPWM细分驱动器与伺服执行机构相连，所述SPWM细分驱动器发出的脉冲向所述伺服执行机构输出；以及编码器，所述编码器与所述DSP运算器的输入端相连，所述编码器用于检测所述伺服执行机构的移动位置；其中，所述伺服执行机构根据来自所述SPWM细分驱动器的脉冲信号动作，所述编码器将所述伺服执行机构的移动位置信号反馈至所述DSP运算器，所述DSP运算器根据所述
伺服执行机构根据脉冲信号移动的理论移动位置与所述编码器反馈的所述伺服执行机构的实际移动位置的差值调节所述SPWM细分驱动器向所述伺服执行机构发出的脉冲量；所述FPGA模块参照所述定时控制器对所述DSP运算器进行同步时序控制。
[0007]更进一步地，所述DSP运算器是五轴联动带插补控制器，所述五轴联动带插补控制器设计成IP核形式，所述五轴联动带插补控制器与所述AHB总线相连，所述五轴联动带插补控制器包括速度参数寄存器、终点坐标寄存器模块、状态寄存器、总步进数寄存器、控制寄存器和任务逻辑单元；所述速度参数寄存器用于寄存所述伺服执行机构中步进电机的最高转动速度；所述状态寄存器用于寄存所述伺服执行机构当前所处的状态；所述总步进数寄存器用于寄存所述伺服执行机构中所有所述步进电机要走的总步进数；所述控制寄存器用于寄存所述步进电机的控制信号信息，所述控制信号信息包括暂停控制信号、启动控制信号、转动方向控制信号。
[0008]更进一步地，所述终点坐标寄存器模块包括x轴坐标寄存器、y轴坐标寄存器、z轴坐标寄存器、Q轴坐标寄存器和S轴坐标寄存器，分别寄存x轴、y轴、z轴、Q轴和S轴的所述步进电机的运动终点坐标值，作为该次数字积分器的被积函数。
[0009]更进一步地，所述任务逻辑单元包括五轴数字积分器模块、终点判定模块、状态机和速度控制模块；所述终点判定模块用于判断插补运算是否达到终点；所述状态机用于协调各模块；所述速度控制模块用于自动加载不同的分频因子，使所述步进电机在因此插补过程中，分为加速、匀速和减速三个阶段。
[0010]更进一步地，所述五轴数字积分器包括五个互相独立的数字积分器，每一个坐标轴对应一个数字积分器，在所述定时控制器的控制下，各轴的数字积分器对各轴的被积函数坐标寄存器中的值进行数字积分运算，产生各轴步进电机的步进脉冲信号，实现各轴的联动控制。
[0011]更进一步地，所述速度控制模块是可编程的分频控制器。
[0012]更进一步地，所述FPGA模块还包括网络控制器，所述网络控制器用于与外围的电路构成通信系统，确保所述五轴联动移动控制系统能与PC机进行通信。
[0013]更进一步地，所述FPGA模块还包括EPCS控制器，所述EPCS控制器用于控制外围EPCS4存储芯片存储所述FPGA模块的配置文件和程序代码。
[0014]更进一步地，所述FPGA模块还包括JTAG控制器，所述JTAG控制器通过JTAG接口和PC机相连，实现程序的下载和在线调试。
[0015]更进一步地，所述FPGA模块还包括LCD控制器，所述LCD控制器与LCD显示器相连，所述LCD显示器用于实时显示所述五轴联动运动控制系统的状态和所述伺服执行机构中各轴的坐标值。
[0016]本申请所达到的有益效果是：本申请提出的一种五轴联动运动控制系统，包括MCU模块、FPGA模块、DSP运算器、SPWM细分驱动器以及编码器。FPGA模块与MCU模块相连，FPGA模块包括定时控制器、AHB总线
和多位乘法器，多位乘法器用于进行反馈数据的实时运算。DSP运算器与FPGA模块的AHB总线相连。SPWM细分驱动器与DSP运算器的输出端相连，SPWM细分驱动器与伺服执行机构相连，SPWM细分驱动器发出的脉冲向伺服执行机构输出。编码器与DSP运算器的输入端相连，编码器用于检测伺服执行机构的移动位置。其中，伺服执行机构根据来自SPWM细分驱动器的脉冲信号动作，编码器将伺服执行机构的移动位置信号反馈至DSP运算器，DSP运算器根据伺服执行机构根据脉冲信号移动的理论移动位置与编码器反馈的伺服执行机构的实际移动位置的差值调节SPWM细分驱动器向伺服执行机构发出的脉冲量。FPGA模块参照定时控制器对DSP运算器进行同步时序控制。如此，减小因机械误差而造成的位移距离误差以及重复运动的累计误差，实现多轴同时运动的同时完成插补，减少操作时间和位移误差，进而提高产品精度、效率和生产力。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例提供的五轴联动运动控制系统的控制框图；图2是本专利技术实施例提供的五轴联动运动控制系统中任务逻辑单元的控制框图；图3是本专利技术实施例提供的五轴联动运动控制系统中DSP运算器的控制框图。
[0018]主要元件符号说明：100、五轴联动运动控制系统；10、MCU模块；20、FPGA模块；21、定时控制器；22、AHB总线；23、多位乘法器；24、网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴联动运动控制系统，其特征在于，包括：MCU模块；FPGA模块，所述FPGA模块与所述MCU模块相连，所述FPGA模块包括定时控制器、AHB总线和多位乘法器，所述多位乘法器用于进行反馈数据的实时运算；DSP运算器，所述DSP运算器与所述FPGA模块的所述AHB总线相连；SPWM细分驱动器，所述SPWM细分驱动器与所述DSP运算器的输出端相连，所述SPWM细分驱动器与伺服执行机构相连，所述SPWM细分驱动器发出的脉冲向所述伺服执行机构输出；以及编码器，所述编码器与所述DSP运算器的输入端相连，所述编码器用于检测所述伺服执行机构的移动位置；其中，所述伺服执行机构根据来自所述SPWM细分驱动器的脉冲信号动作，所述编码器将所述伺服执行机构的移动位置信号反馈至所述DSP运算器，所述DSP运算器根据所述伺服执行机构根据脉冲信号移动的理论移动位置与所述编码器反馈的所述伺服执行机构的实际移动位置的差值调节所述SPWM细分驱动器向所述伺服执行机构发出的脉冲量；所述FPGA模块参照所述定时控制器对所述DSP运算器进行同步时序控制。2.根据权利要求1所述的五轴联动运动控制系统，其特征在于，所述DSP运算器是五轴联动带插补控制器，所述五轴联动带插补控制器设计成IP核形式，所述五轴联动带插补控制器与所述AHB总线相连，所述五轴联动带插补控制器包括速度参数寄存器、终点坐标寄存器模块、状态寄存器、总步进数寄存器、控制寄存器和任务逻辑单元；所述速度参数寄存器用于寄存所述伺服执行机构中步进电机的最高转动速度；所述状态寄存器用于寄存所述伺服执行机构当前所处的状态；所述总步进数寄存器用于寄存所述伺服执行机构中所有所述步进电机要走的总步进数；所述控制寄存器用于寄存所述步进电机的控制信号信息，所述控制信号信息包括暂停控制信号、启动控制信号、转动方向控制信号。3.根据权利要求2所述的五轴联动运动控制系统，其特征在于，所述终点坐标寄存器模块包括x轴坐标寄存...

【专利技术属性】
技术研发人员：段存立，赵常谷，
申请(专利权)人：东莞市兆丰精密仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：