基于FPGA的PCI接口运动控制卡的研究
摘要
运动控制技术是机电一体化的核心部分，提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说，最重要的是控制各个电机轴的运动，这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的，数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说，运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能，而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用，使运动控制卡的性能得到了不断改进，集成度和可靠性大大提高。
本课题通过对运动控制技术的深入研究，并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状，结合当前运动控制领域的具体需要，紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势，吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。
本课题的具体研究主要有以下几方面：
首先，通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研，和对运动控制技术的深入学习，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于FPGA的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。
其次，根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了FPGA各部分的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入／输出电路。
再次，利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口，达到跟控制卡通信的目的，
Motion-Control technology is the hard core of electromechanical integration technology. It is of great significance for enhancing our electromechanical integration technology to develop motion-control technology. MC is very important in the ONCS, because it is the most important to control the movement of the motor of each axis in the NC system and the precision of position control and performance of velocity adjusting are directly related to MC. In the present, all of the researches of ONCS focus on that of the PC-based NC control device, whose key is the research of Motion Control Board (MCB) which is used to control stepping or servo motor. To PC-NC, in some degree, the performance of MCB decides that of the whole NC system, further more, the development and application of technology of macroelectronics and Digital Signal Processing continuously improve the performance of MCB and greatly increase the level of integration and dependability.
During the research, through the overall survey of ONCS and deep study of Motion Control Technology (MCT), facing the behindhand actuality of research of domestic MCT, to meet the practical requirements of the laser carving field, following the developing trend of the present MCT, drawing on the new production of the present ONCS and relating MCT, bringing forward the solution based on FPGA, we have developed a four-axis multifunctional MCB which is very original, powerful and flexible.
In the paper, there are the following major contents:
本课题通过对运动控制技术的深入研究，并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状，结合当前运动控制领域的具体需要，紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势，吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果，提出了基于PCI和FPGA的方案，研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。
本课题的具体研究主要有以下几方面：
首先，通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研，和对运动控制技术的深入学习，在比较了几种常用的运动控制方案的基础上，提出了基于FPGA的运动控制设计方案，并规划了板卡的总体设计。
其次，根据总体设计，规划了板卡的结构，详细划分并实现了FPGA各部分的功能；利用光电隔离原理设计了数字输入／输出电路。
再次，利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口，达到跟控制卡通信的目的，
Motion-Control technology is the hard core of electromechanical integration technology. It is of great significance for enhancing our electromechanical integration technology to develop motion-control technology. MC is very important in the ONCS, because it is the most important to control the movement of the motor of each axis in the NC system and the precision of position control and performance of velocity adjusting are directly related to MC. In the present, all of the researches of ONCS focus on that of the PC-based NC control device, whose key is the research of Motion Control Board (MCB) which is used to control stepping or servo motor. To PC-NC, in some degree, the performance of MCB decides that of the whole NC system, further more, the development and application of technology of macroelectronics and Digital Signal Processing continuously improve the performance of MCB and greatly increase the level of integration and dependability.
During the research, through the overall survey of ONCS and deep study of Motion Control Technology (MCT), facing the behindhand actuality of research of domestic MCT, to meet the practical requirements of the laser carving field, following the developing trend of the present MCT, drawing on the new production of the present ONCS and relating MCT, bringing forward the solution based on FPGA, we have developed a four-axis multifunctional MCB which is very original, powerful and flexible.
In the paper, there are the following major contents:
引文
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[2] 李亨昭，邱敬之．先进制造技术的发展趋势与战略设想．电子机械工程，2000(2)：3-6
[3] 谢锋，刘正士．先进制造技术学科发展趋势分析．组合机床与自动化加工技术，2000，(11)： 1-4
[4] 朱齐荣，陈艾华．机电一体化的内涵与发展．机电一体化，2000，7
[5] 胡俊，等．数控技术的现状和发展趋势．机械工程师，2000，(3)：5-7
[6] 粱训，王宣，周延佑．机床技术发展的新动向．世界制造技术与装备市场，2001， (3)：21-28
[7 朱国立，段正澄．现代数控系统的特点利发展方向．机械与电子，2001．1：52-54
[8] 陈烨．高速数控机床技术．数控设备技术．2001年增刊：39-41
[9] 杨学桐，李冬茹，何文立，等．距世纪数控机床技术发展战略研究．北京：国家机械工业局，2000
[10] 李佳特．数控技术的现状、发展趋势．WMEM，2001(1)：34-37
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