3BHB005243R0105通過DSP算法和CPLD配置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整來實(shí)現(xiàn)不同的硬件功能模塊

DSP的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理功能強(qiáng)大,即使在很復(fù)雜的控制中,采樣周期也可以取得很小,控制效果更接近于連續(xù)系統(tǒng)。把DSP與PC的各自優(yōu)勢(shì)結(jié)合將是高性能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。本運(yùn)動(dòng)控制器采用TI公司的高性能浮點(diǎn)DSP作為主控芯片,通過ISA接口與PC協(xié)調(diào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,以PC計(jì)算機(jī)作為基本平臺(tái),以DSP高速運(yùn)動(dòng)控制卡作細(xì)插補(bǔ)、伺服控制的核心,對(duì)直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制,取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

基于“ PC+ 運(yùn)動(dòng)控制器”結(jié)構(gòu)的開放式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠充分利用 PC 開放程度高、通用性好、處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)以及運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性能好、控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此得到較快發(fā)展，成為目前的研究熱點(diǎn)。但目前采用此種結(jié)構(gòu)的開放式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，不管是控制器供應(yīng)商所提供的運(yùn)動(dòng)控制器或者是科研人員自主設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器，在通用性、軟硬件可重構(gòu)方面都存在一些問題，影響著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開放性。因此，本文通過研究開放式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定了基于 DSP+FPGA的開放式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)所制定的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于 DSP+FPGA 的開放式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器，并研究了基于開放式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器的

運(yùn)動(dòng)控制核心算法。本文通過充分利用 DSP 的高速數(shù)字信號(hào)處理能力和 FPGA 的強(qiáng)大并發(fā)控制能力以及豐富的邏輯資源來使運(yùn)動(dòng)控制器獲得較高的運(yùn)算與控制能力。通過充分利用 FPGA 的邏輯編程能力來代替集成芯片以及實(shí)現(xiàn)邏輯連接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制器的軟硬件可重構(gòu)，提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器的開放性。并通過研究曲線擬合預(yù)處理技術(shù)以及速度前瞻技術(shù)來提高運(yùn)動(dòng)控制器的控制效率，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)控制。

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用于開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)中，與工業(yè) PC 、伺服系統(tǒng)、機(jī)器人本體等組成開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)形式為 PC+ 運(yùn)動(dòng)控制器，其中 PC 主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、參數(shù)配置、路徑規(guī)劃、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正變換與逆變換、多機(jī)通信等功能。而基于 DSP+FPGA 的運(yùn)動(dòng)控制器則主要完成實(shí)時(shí)性要求較高的軌跡規(guī)劃、速度規(guī)劃、位置控制、以及狀態(tài)反饋等任務(wù)。 PC 與運(yùn)動(dòng)控制器采用具有開放性的 PC104Plus 總線進(jìn)行通信，通過雙端口 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與同步。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。其中 I/O 接口卡主要完成光耦隔離和電平轉(zhuǎn)換，保護(hù)運(yùn)動(dòng)控制器不因來自伺服系統(tǒng)的脈沖電壓而受到損害。伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的伺服驅(qū)動(dòng)和光電編碼反饋，為運(yùn)動(dòng)控制器提供實(shí)時(shí)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)速度和位置狀況。

運(yùn)動(dòng)控制器是數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等一類機(jī)電一體化設(shè)備中常用的核心運(yùn)動(dòng)控制部件?，F(xiàn)代數(shù)控技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開放性、實(shí)時(shí)性、加工速度和精確度等性能指標(biāo)提出了越來越高的要求。隨著集成電路技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)從以單片機(jī)、微處理器和專用芯片作為核心的運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)展到基于PC機(jī)平臺(tái)的以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)作為核心處理器的協(xié)處理架構(gòu)的開放式運(yùn)動(dòng)控制器。這種將P C機(jī)的信息處理能力和開放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)地結(jié)合在一起，具有信息處理能力強(qiáng)、開放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確和通用性好的特點(diǎn)。這種模式在一個(gè)統(tǒng)一的人機(jī)對(duì)話平臺(tái)上，通過DSP算法和CPLD配置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整來實(shí)現(xiàn)不同的硬件功能模塊，可以方便地和多種類型的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接。因此現(xiàn)在基于PC的新一代運(yùn)動(dòng)控制器成為控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展方向。

本文開發(fā)的開放式運(yùn)動(dòng)控制器以PC機(jī)為平臺(tái)，完成坐標(biāo)變換、軌跡規(guī)劃、粗插補(bǔ)運(yùn)算等控制指令的設(shè)置和發(fā)送，同時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、速度和電機(jī)狀態(tài)等參數(shù)。運(yùn)動(dòng)控制器以DSP芯片作為核心處理器，完成數(shù)據(jù)處理和控制算法、進(jìn)行保護(hù)中斷的處理，通過PCI或USB總線與PC機(jī)實(shí)時(shí)通訊。CPLD芯片作為協(xié)處理器完成編碼信號(hào)的采集，鑒相處理，對(duì)脈沖和模擬量進(jìn)行配置和輸出，把DSP處理過的控制數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換送到外部設(shè)備，并管理DSP和各種外部設(shè)備的接口。該運(yùn)動(dòng)控制器可以完成非勻速比同步運(yùn)動(dòng)控制，支持NURBS插補(bǔ)，并提供了豐富的動(dòng)態(tài)鏈接庫函數(shù)。

ABB CRBX01

ABB PM866 3BSE050200R1

ABB PPD113B01-10-150000 3BHE023784R0123

ABB 3BDH000741R1 CTI 21-P Ex

ABB NDCU-33CX 3AUA0000052751

ABB NAMU-01C 64702475D

ABB APBU-44C 64669982

ABB TB850 3BSC950193R1

ABB CI854AK01 3BSE030220R1

ABB LDGRB-01 3BSE013177R1

ABB DSTC190

ABB 1TGE106170M4200

ABB CTB810? HN800

ABB TB852 3BSC950263R1

ABB CMA121

ABB UFC760BE141 3BHE004573R0141

ABB AO2000 LS25

ABB PM866K01 3BSE050198R1

ABB AD02

ABB AI02J

ABB AI03

ABB DSTA131

ABB CTB810? HN800

ABB DSSA165

ABB AI02J

ABB ACU-01B

ABB XVC724BE102 3BHE009017R0102