基于ARMS和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-05-17 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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4．3 加減速控制模塊
加減速控制是數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性的瓶頸。數(shù)控系統(tǒng)中，為了保證機(jī)床在啟動(dòng)或停止時(shí)不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對(duì)進(jìn)給電機(jī)的脈沖頻率或電壓進(jìn)行加減速控制。即當(dāng)機(jī)床加速啟動(dòng)時(shí)，保證加在電機(jī)上的脈沖頻率逐漸增加；而當(dāng)機(jī)床減速停止時(shí)，保證加在電機(jī)上的脈沖頻率逐漸減小。目前，電機(jī)加減速的常用控制方法是梯形加減速控制和S形加減速控制。本次設(shè)計(jì)采用兩種控制方案以適應(yīng)不同工作場(chǎng)合的要求。
4．3．1 梯形加減速
梯形加減速是指在加減速過(guò)程中加速度為常數(shù)，速度曲線為梯形的加減速過(guò)程。梯形加減速控制算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但在加減速過(guò)程中加速度曲線不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)和沖擊。正常情況下梯形加減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖6所示分為加速段、勻速段和減速段三個(gè)階段。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/148022.htm

圖7所示為ModelSim對(duì)梯形加減速模塊的仿真結(jié)果，可以看到插補(bǔ)器輸出的脈沖速度曲線呈現(xiàn)梯形，輸出脈沖的頻率的大小隨速度的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的梯形調(diào)速。

4．3．2 S形加減速
S形加減速是指在加減速時(shí)，加速度導(dǎo)數(shù)為常數(shù)，速度曲線為S形曲線的加減速過(guò)程。通過(guò)控制加速度導(dǎo)數(shù)來(lái)避免加速度突變，減小加工過(guò)程中由于加速度突變引起的機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)。S形曲線速度控制可以得到平滑的速度曲線，但算法復(fù)雜，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)。

S形加減速中加速度相對(duì)加速度導(dǎo)數(shù)的變化規(guī)律相當(dāng)于直線加減速中速度相對(duì)加速度的變化規(guī)律。如圖8所示為S形曲線加減速的曲線圖，圖中從上到下依次為速度曲線、加速度曲線以及減速度曲線。從圖中可以看出，正常情況下S形加減速分為：加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段和減減速段七個(gè)階段。加速度連續(xù)，調(diào)速光滑，不會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)和沖擊。

圖9所示為ModelSim對(duì)S形加減速模塊的仿真結(jié)果，可以看到插補(bǔ)器輸出的脈沖速度曲線呈現(xiàn)梯形，輸出脈沖的頻率的大小隨速度的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的S形調(diào)速。

5 結(jié)束語(yǔ)
本文給出了一種基于ARM和FPGA的開(kāi)放性的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)，采用ARM處理器S3C2440A和FPGA器件XC3S25 0E和μC／OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組成的數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)，充分利用了ARM微處理器的高速運(yùn)算能力與FPGA的快速配置能力，大大減少了系統(tǒng)的外圍接口器件，并具有良好的穩(wěn)定性、模塊化、可擴(kuò)展性、可移植性等特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放化和網(wǎng)絡(luò)化，有效地降低了系統(tǒng)成本，適合我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。