一種新型的高速高精度多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路，具體涉及一種新型的高速高精度多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)要求具有高速運(yùn)算、快速插補(bǔ)、超高速通信、主軸超高速運(yùn)轉(zhuǎn)、高精度定位等特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜的零器件加工，必須要求運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的控制，如直線插補(bǔ)、圓形插補(bǔ)、位插插補(bǔ)和連續(xù)插補(bǔ)等。
[0003]我國是制造業(yè)大國，而非工業(yè)大國。在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家還存在較大的差距，自主創(chuàng)新能力薄弱極大的影響我國制造業(yè)技術(shù)水平的提升，由于缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大部分被國外占領(lǐng)，而運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)更為國外壟斷。目前國內(nèi)的數(shù)控市場主要份額的數(shù)控系統(tǒng)，多以SCM(單片機(jī))、單片DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)為控制核心或工控機(jī)來實(shí)現(xiàn)，以單片機(jī)和單片DSP為控制核心的數(shù)控系統(tǒng)存在系統(tǒng)擴(kuò)展性低、響應(yīng)慢、自動(dòng)化程度低及控制精度低等缺點(diǎn)，而以工控機(jī)為控制核心的數(shù)控系統(tǒng)存在體積大、靈活性差、擴(kuò)展性差及硬件研制成本高等缺點(diǎn)。因此，深入研究新一代數(shù)控裝備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有重要的意義，為解決以上問題，為使多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器具有體積小、功能強(qiáng)、精度高、可靠性高、響應(yīng)塊、擴(kuò)展性強(qiáng)、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，提出一種新型的高速高精度的多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路，系統(tǒng)采用多種先進(jìn)信號(hào)微處理器協(xié)同工作，采用集中控制分層處理的體系結(jié)構(gòu)思想，它集數(shù)字智能控制、高速數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理、智能診斷、通信功能于一體，能為各軸伺服電機(jī)提供脈沖輸出控制、恒速控制、速度控制和位置控制功能，同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)任意三軸直線插補(bǔ)、兩軸圓形插補(bǔ)、三軸位元模式插補(bǔ)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置、速度和加速度控制。該硬件結(jié)構(gòu)充分利用ARM(階進(jìn)精簡指令集機(jī)器)的支持嵌入式系統(tǒng)特性，及強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和多處理器高速協(xié)同處理數(shù)據(jù)的能力，系統(tǒng)最多可控制256軸伺服電機(jī)，各軸控制精度可達(dá)0.012mm，各軸50us伺服更新率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種新型的高速高精度多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路，該電路系統(tǒng)采用了 ARM+雙SCM的體系結(jié)構(gòu)，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、智能控制、智能診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊、參數(shù)自動(dòng)調(diào)整等功能于一體，實(shí)時(shí)精確控制多軸伺服電機(jī)，該伺服運(yùn)動(dòng)控制器可以驅(qū)動(dòng)控制直流伺服電機(jī)、直流無刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及交流伺服電機(jī)等。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種新型的高速高精度多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路，它包括基于ARM的智能控制單元、SCM智能控制模塊、USB總線通訊單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、外部網(wǎng)絡(luò)通訊單元、電源管理單元、調(diào)試仿真單元、無源晶振單元及人機(jī)交互單元；其中，USB總線通訊單元與N個(gè)單片機(jī)智能控制模塊連接，USB總線通訊單元還通過USB總線與基于ARM的智能控制單元連接，基于ARM的智能控制單元分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、外部網(wǎng)絡(luò)通訊單元、電源管理單元、調(diào)試仿真單元、無源晶振單元及人機(jī)交互單元連接。
[0006]所述的每個(gè)單片機(jī)智能控制模塊分別與四個(gè)基于單片機(jī)的解算輸出單元連接，每個(gè)基于單片機(jī)的解算輸出單元還與信號(hào)調(diào)理單元連接，信號(hào)調(diào)理單元與數(shù)字伺服控制信號(hào)和數(shù)字量控制輸出連接，單片機(jī)智能控制模塊還分別與無源晶振單元、電源管理單元、調(diào)試仿真單元和USB通信單元連接，單片機(jī)智能控制模塊與高速數(shù)模轉(zhuǎn)換單元連接，高速數(shù)模轉(zhuǎn)換單元與信號(hào)調(diào)理單元連接，信號(hào)調(diào)理單元與模擬量控制輸出連接，模擬量傳感器信息、數(shù)字量傳感器信息和數(shù)字I/O信息輸出至信號(hào)調(diào)理單元，信號(hào)調(diào)理單元輸出至高速數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和單片機(jī)智能控制模塊，高速數(shù)模轉(zhuǎn)換單元輸出至單片機(jī)智能控制模塊。
[0007]所述的信號(hào)調(diào)理單元包括模擬量傳感器信息輸入與濾波電路連接，濾波電路與電壓跟隨電路連接，電壓跟隨電路與運(yùn)算放大電路連接；數(shù)模轉(zhuǎn)換器信息輸出與濾波電路連接，濾波電路與運(yùn)算放大電路連接，運(yùn)算放大電路與電壓跟隨器連接；數(shù)字量傳感器信息輸入與濾波電路連接，濾波電路與差分電路連接，差分電路與光電隔離電路連接；數(shù)字量傳感器信息輸出與濾波電路連接，濾波電路與光電隔離電路連接；數(shù)字量控制信息輸入與濾波電路連接，濾波電路與光電隔離電路連接；數(shù)字量控制信息輸出與濾波電路連接，濾波電路與差分電路連接，差分電路與光電隔尚電路連接；數(shù)字量開關(guān)信息輸入與濾波電路連接，濾波電路與光電隔離電路連接，光電隔離電路與電平轉(zhuǎn)換電路連接；數(shù)字量開關(guān)信息輸出與濾波電路連接，濾波電路與電平轉(zhuǎn)換電路連接，電平轉(zhuǎn)換電路與光電隔離電路連接。
[0008]所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括ARM外部存儲(chǔ)器接口，ARM外部存儲(chǔ)器接口與數(shù)據(jù)總線連接、地址總線和控制線連接，數(shù)據(jù)總線連接、地址總線和控制線連接均分別與兩塊SST39VF6401SDRAM 芯片和 K91G08U0B FLASH 芯片連接。
[0009]所述的人機(jī)交互單元包括ARM總線或I/O數(shù)據(jù)端口，ARM總線或I/O數(shù)據(jù)端口通過總線與TFT液晶顯示器連接，ARM總線或I/O數(shù)據(jù)端口通過I/O與發(fā)光二極管、按鍵輸入和數(shù)碼管連接。
[0010]所述的外部網(wǎng)絡(luò)通信單元包括ARM通信控制器，ARM通信控制器分別與CAN收發(fā)器、RS232收發(fā)器、RS485收發(fā)器、以太網(wǎng)收發(fā)器和USB收發(fā)器連接，CAN收發(fā)器、RS232收發(fā)器、RS485收發(fā)器、以太網(wǎng)收發(fā)器和USB收發(fā)器還分別與網(wǎng)絡(luò)總線通信主機(jī)連接。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，I采用先進(jìn)處理器及多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路，采用模塊化結(jié)構(gòu)及集中控制分層處理的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸伺服電機(jī)的精確控制；2成本低、功耗低、體積小、擴(kuò)展性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、響應(yīng)快；3系統(tǒng)接線簡單，高可靠、長壽命、強(qiáng)抗電磁干擾能力；4控制與通信方式靈活、接口豐富;5軟件升級(jí)能力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0012]圖1本發(fā)明所提供的一種新型的高速高精度多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路示意圖；
[0013]圖2為SCM智能控制模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3為信號(hào)調(diào)理單元結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖4為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖5為人機(jī)交互單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6為外部網(wǎng)絡(luò)通信單元結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0019]一種新型的高速高精度多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器電路，其中，伺服運(yùn)動(dòng)控制器具有64點(diǎn)通用1/0、32點(diǎn)數(shù)字光隔輸出、32點(diǎn)數(shù)字光隔輸入、32路模擬輸入、4個(gè)外部通信接口及I個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)總線接口。
[0020]如圖1所示，硬件電路包括基于ARM的智能控制單元、SCM智能控制模塊、USB總線通訊單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、外部網(wǎng)絡(luò)通訊單元、電源管理單元、調(diào)試仿真單元、無源晶振單元及人機(jī)交互單元；其中，SCM智能控制模塊包括基于單片機(jī)的智能控制單