基于ARMS和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計
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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，也是實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)高實時性的瓶頸。數(shù)控系統(tǒng)中，為了保證機床在啟動或停止時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對進給電機的脈沖頻率或電壓進行加減速控制。即當(dāng)機床加速啟動時，保證加在電機上的脈沖頻率逐漸增加；而當(dāng)機床減速停止時，保證加在電機上的脈沖頻率逐漸減小。目前，電機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)計采用兩種控制方案以適應(yīng)不同工作場合的要求。
4．3．1 梯形加減速
梯形加減速是指在加減速過程中加速度為常數(shù)，速度曲線為梯形的加減速過程。梯形加減速控制算法簡單、易于實現(xiàn)，但在加減速過程中加速度曲線不連續(xù)會導(dǎo)致驅(qū)動機構(gòu)的振動和沖擊。正常情況下梯形加減速運動過程如圖6所示分為加速段、勻速段和減速段三個階段。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/148022.htm
圖7所示為ModelSim對梯形加減速模塊的仿真結(jié)果，可以看到插補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，實現(xiàn)了電機的梯形調(diào)速。
4．3．2 S形加減速
S形加減速是指在加減速時，加速度導(dǎo)數(shù)為常數(shù)，速度曲線為S形曲線的加減速過程。通過控制加速度導(dǎo)數(shù)來避免加速度突變，減小加工過程中由于加速度突變引起的機械系統(tǒng)振動。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，運算時間長。
S形加減速中加速度相對加速度導(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階段。加速度連續(xù)，調(diào)速光滑，不會導(dǎo)致驅(qū)動機構(gòu)的振動和沖擊。
圖9所示為ModelSim對S形加減速模塊的仿真結(jié)果，可以看到插補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，實現(xiàn)了電機的S形調(diào)速。
5 結(jié)束語
本文給出了一種基于ARM和FPGA的開放性的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)的計算機數(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嵌入式實時操作系統(tǒng)組成的數(shù)控系統(tǒng)軟硬件平臺，充分利用了ARM微處理器的高速運算能力與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、可擴展性、可移植性等特點，有利于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的開放化和網(wǎng)絡(luò)化，有效地降低了系統(tǒng)成本，適合我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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