运动控制器的硬件与软件设计方案

展历程大致可分为三个阶段：
❖ 第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。
❖ 第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前 期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。
❖ 第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施 产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产 数控装备的产业化取得了实质性进步。
第一章 绪论
运动控制器在国内发展现状：
近年来，随着工业机的快速发展，可靠性 大为提高，以工业机为核心的控制系统己经 被工业控制领域所接受。在机床控制领域， 采用工业机，发展通用化的数控系统，己成 为国际研究的热点，符合数控技术发展的潮 流。同时，围绕工业机开发的运动控制器及 其应用也越来越多。国内部分数控系统厂商 采用的方式，构建适合于需要的运动控制系 统，如北京机床研究所的中华系列，沈阳计
第一章 绪论
运动控制器常见的控制方案： 1. 基于单片机系统的控制器
主要以51, 96等为代表的单片机为核心。这种控制卡控制方式比较 灵活，成本比较低。但采用的元器件较多，可靠性低、软硬件设计工作 量大，而且控制算法单一，运算及处理速度比较慢。 2. 基于的型控制器
它是指的全部功能处理工作都由进行，并通过装在扩展槽中的接口 卡对伺服驱动进行控制。用户在平台上，开发完成数控系统中所有的实 时任务和非实时任务，如编译、解释和插补等。这是一种最新开放体系 结构的数控系统，它提供给用户最大的选择和灵活性，它的软件全部装 在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部之间的标准化通 用接口。但由于制造商不愿放弃多年积累的专有技术，加上操作系统本 质上是非实时系统，对于高速数控领域等，强实时性要求严格的系统， 这种结构不能很好地满足要求。
❖
进入20世纪90年代以后，受通用微机技术飞速
发展的影响，数控技术正朝着以机为基础，向着开放化、
智能化、图形化等方面进一步发展。
第一章 绪论
架构数控系统
第一章 绪论
❖ 1.1.2 运动控制器及其研究现状
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定义：所谓运动控制器是通过对电机
驱动的执行机构进行运动控制，以实现预定
运动轨迹目标的装置。
第一章 绪论
❖ 本课题研究的意义 ：
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大力发展先进的制造技术已经成为世界各国最重要的技术
战略之一，先进制造技术已经是国际竞争和产品革新的一种重要手段。
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数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、
网络、柔性化、集成化的集成。数控装备的技术水平是一个国家工业现
代化水平的高低和综合国力的强弱的显著标志。
第一章 绪论
3. 基于通用或的控制器 这类控制卡采用或作为板上的核心控制芯片，具有很普遍应用。由
或完成控制的功能（脉冲和方向信号的输出、编码器反馈和限位等信号 的检测等），提高处理速度。比如像深圳固高的800系列通用运动控制 器。但是，由于底层处理器上的插补等运算，通信接口等都要开发者实 现，开发难度相对大。 4. 基于专用运动控制芯片的控制器
第三章 运动控制器的硬件设计
❖ 314运动控制芯片介绍 ：
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314是日本电子有限公司研制的运动控制专用芯
片，是314的升级版。芯片能与8位或16位数据总线接口，
通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴（称为X、Y、Z、U
四轴）中任意2轴或3联动的位置、速度、加速度等的运动控
制和实时监控，实现直线、圆弧和位元3种模式的轨迹插补，
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运动控制器在数控系统中占有十分重要的地位，是数控系
统的核心部件之一。
❖
与国外相比，我国在运动控制器的产品研发方面还比较落
后，高端产品基本上被国外公司垄断，我国作为世界上经济发展最快的
国家，市场上新设备的控制需求和传统设备技术升级换代，对运动控制
器的需求越来越大。此外，由于市场日益竞争的压力，系统集成商和设
第一章 绪论
运动控制器在国外发展现状： 目前，开放式数控系统的研究得到了世界各主要工业国
家的重视和支持，国外影响较大的研究计划有美国的( )和 ( )计划，欧洲的 ( ，自动化系统中控制器的开放式体系 结构)计划，以及日本的 ( )计划。
这些模式方法总起来说都采用了闭环控制，具有高速、 高精度、高可靠性和高安全性的特点，同时在控制系统的软 硬件上具有良好的开放性。
基于104总线与314芯片的运动 控制器设计
— — 梁伟林
主要内容：
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
绪论 运动控制器整体的功能设计 运动控制器的硬件设计 运动控制器的软件系统设计 运动控制器软硬件整体调试
第一章 绪论
❖ 1.1课题研究背景
❖ 一、数控技术的发展现状和趋势
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在我国，数控技术起步于1958年，近50年的发
备制造商要求运动控制系统向开放式方向发展。
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在这样的形势下，我国应该抓住这一机遇，研制出具有自
主知识产权，具有高水平、高质量、高可靠性的开放式运动控制器产品。
第二章 运动控制器整体的功能设计
总线接口的选择： 总线 总线 104 总线
根据三种总线的特点做比较，由于现在的主板供应商很 多不提供接口插槽，故不采用该接口。而总线的控制器数据 传输速度虽然要比和104高，但因为总线设计难度和费用较 高，在经济上普通用户难以承受。104是专门为嵌入式控制 而定义的工业控制总线，它比插卡型稳定性能更好，比较适 合本课题运动控制器的设计。
第二章 运动控制Hale Waihona Puke Baidu整体的功能设计
❖ 运动控制芯片的选型 ：
❖ 日本公司专用运动控制芯片314
第三章 运动控制器的硬件设计
❖ 104总线接口协议 ：
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104总线是一种在工业控制方面
运用广阔的工业标准总线结构，因其总线之
间互连使用了104个信号线，因而得名。
第三章 运动控制器的硬件设计
104总线插槽示意图
这类控制卡采用专用运动控制芯片作为板上的核心处理器。运动控 制芯片是为精密控制步进电机和伺服电机而设计的专用处理器。运动控 制芯片带有插补算法，能够完成大部分运动控制，大大简化了运动控制 系统的软硬件结构和开发工作。芯片厂家提供的文档资料充分，技术支 持良好，降低了开发难度，有利于快速开发。这种芯片运用广泛，主要 有公司的系列、系列，日本公司的芯片等，可选择的种类较多。
输出脉冲频率可达4 。每轴都有伺服反馈输入端、4个输入