基于ARM9的PCB鉆孔機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì).pdf

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1、基于ARM9的PCB鉆孔機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)馬杰，游有鵬(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京210016)DesignofMotionControlSysteminPCBDrillingMachineToolsBasedonARM9MAJie，YOUYou—peng(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NaNingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：針對(duì)PCB鉆孔機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的高速度、高劃和位置控制等角度，提升運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的

2、性能，從精度以及高可靠性要求，設(shè)計(jì)了一種基于ARM9和而滿足PCB鉆孔機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。,C／OS—II操作系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器。重點(diǎn)討論運(yùn)動(dòng)1硬件電路設(shè)計(jì)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、速度規(guī)劃算法和位置控制算法，以滿足系統(tǒng)的高性能要求。整個(gè)PCB鉆孔機(jī)數(shù)控系統(tǒng)主要由工控機(jī)和基關(guān)鍵詞：ARM9；軟硬件設(shè)計(jì)；速度規(guī)劃；位置控于ARM9的嵌人式運(yùn)動(dòng)控制器組成，其硬件電路如制圖1所示。中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A光柵信號(hào)文章編號(hào)：1001—2257(2013)01—0033一O3Abstract：Thispaperintroduceadesign

3、formotioncontroller．whichbasedonARM9anduc／OS—IIoperationsystemandmeettherequire—mentsofhighspeedandhighprecisioninmotioncontro1．Usingaseriesofmethodsmeetthere—quirementsofhighprecisioninmulti—axiscontrolsystem．Keywords：ARM9；softwareandhardwarede-sign；velocityplanning；positioncontr

4、ol0引言圖1硬件電路近年來(lái)，手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品更新?lián)Q代工控機(jī)主要用于人機(jī)界面及對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的越來(lái)越快，并且不斷向輕薄短小、多功能、高可靠性指令生成與協(xié)調(diào)控制，它與運(yùn)動(dòng)控制器之間的信息以及低成本化方向發(fā)展，因此市場(chǎng)對(duì)PCB制造技術(shù)交換由傳輸速度為100Mbit／s的以太網(wǎng)提供。ARM9作為運(yùn)動(dòng)控制的主控芯片負(fù)責(zé)接收運(yùn)動(dòng)數(shù)提出了更高的要求。PCB數(shù)控鉆孔機(jī)作為PCB制據(jù)并進(jìn)行處理，最終通過(guò)FPGA及A／D轉(zhuǎn)換電路造過(guò)程中的主要設(shè)備，為更好的適應(yīng)市場(chǎng)需求，繼續(xù)向高速度、高精度和高可靠性方向發(fā)展口]。對(duì)外部電機(jī)及信號(hào)量進(jìn)行控制。此外，系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)通信，

5、需要計(jì)算機(jī)通過(guò)串口向運(yùn)動(dòng)控制器下載IP根據(jù)PCB鉆孔機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求，設(shè)計(jì)了一種基于ARM9和~c／os—II操作系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控地址、MAC地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，這些參數(shù)最終由ARM寫入EEPR0M以固化。系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)在制器。該運(yùn)動(dòng)控制器著重從軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、速度規(guī)NORFLASH中，運(yùn)行時(shí)可將程序及數(shù)據(jù)“搬運(yùn)”到收稿日期：2012一O9—2OSRAM中，以提高系統(tǒng)運(yùn)行速度?！稒C(jī)械與電子)2013(1)·33·ARM9的PCB作臺(tái)移動(dòng)及z軸頻繁啟停，不可避免引起機(jī)床振2運(yùn)動(dòng)控制器軟件設(shè)計(jì)動(dòng)、影響鉆孔精度等。因此，高效、平滑的運(yùn)動(dòng)軸升圖2所示為運(yùn)動(dòng)控制器軟件系統(tǒng)的

6、層次化體系降速性能對(duì)PCB鉆孔機(jī)具有特殊重要性口j。結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)共分為3個(gè)層次：數(shù)控軟件層、實(shí)時(shí)現(xiàn)有的PCB鉆孔機(jī)控制系統(tǒng)的速度規(guī)劃通常操作系統(tǒng)層和硬件驅(qū)動(dòng)層。采用直線型加減速算法，使用該方法規(guī)劃的速度曲磊序解釋模線如圖3所示。直線型加減速算法計(jì)算簡(jiǎn)單，機(jī)床?件層⑩控制響應(yīng)快、效率高，但其生成的速度曲線不夠平滑，在加減速階段存在著加速度突變的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的振動(dòng)，影響鉆孔質(zhì)量，可應(yīng)用于要求不高的鉆孔機(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)層控制。為進(jìn)一步改善升降速性能，系統(tǒng)還提供了s型曲線加減速算法，使用該方法規(guī)劃的速度曲線如⑩⑩@硬件驅(qū)動(dòng)層圖4所示。S型曲線加減速規(guī)劃后的速度

7、曲線平(，E三、。P—RoM讀寫驅(qū)一動(dòng)一(、亙No三r～三—F—la——sh—驅(qū)——?jiǎng)右换壹铀俣茸兓煽?，能有效減少機(jī)床振動(dòng)_3]?！獔D2系統(tǒng)的層次化體系結(jié)構(gòu)數(shù)控軟件層根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的功能應(yīng)用劃分為：通訊模塊、程序解釋模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、監(jiān)控模塊和位置控制模塊。其中，通訊模塊主要實(shí)現(xiàn)ARM與工控機(jī)之間的以太網(wǎng)通訊功能；程序解釋模塊主要完圖3直線加減速的速度曲線成數(shù)控代碼的解釋；監(jiān)控模塊主要對(duì)控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理；運(yùn)動(dòng)模塊主要實(shí)現(xiàn)速度規(guī)劃、插補(bǔ)等功能；位置控制模塊主要完成各坐標(biāo)軸的位置閉環(huán)控制。數(shù)控軟件

8、層的各個(gè)模塊由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，在定時(shí)器圖4S型曲線加減速的速