中国新时代国际工程公司 西安启源机电装备股份有限公司 研发中心 王振

运动控制系统在工厂自动化中的应用

摘要：随着科技水平的不断提高和经济的飞速发展，在工厂自动化领域越来越看重设备运行的稳定性、可靠性和实用性。为了达到这些目标，科研工作者不断的致力于工业产品的研究和开发，本文将对一种类型的运动控制系统做一论述，阐明怎样搭建一套高效稳定的运动控制系统。

关键词：运动控制器，变频器，总线

序言：运动控制系统通常都由控制器，驱动器，变频电机三部分组成，这里我们介绍一种由ATV71型变频器做驱动环节的运动控制系统，阐述一下选择SIMOTION 运动控制器和ATV71型变频器的优势，以及如何搭建这套运动控制系统。

1 选取灵活并且响应速度快的SIMOTION运动控制器

1.1 SIMOTION是一个全新的西门子运动控制系统，它是世界上第一款针对生产机械而设计的控制系统，将运动控制，逻辑控制及工艺控制功能集成于一身，为生产机械提供了完整的解决方案。

1.2 SIMOTION运动控制系统是由一个系统来完成所有的运动控制任务，适用于具有许多运动部件的机器。

1.3 SIMOTION系统的组成部分：

工程开发系统

工程开发系统可以实现由一个系统解决所有运动控制、逻辑及工艺控制的问题，并且它还能够提供所有必要的工具，从编程到参数设定，从测试调试到故障诊断。

实时软件模块

这些模块提供了众多的运动控制及工艺控制功能。可以针对某一特定的机器所需的功能，灵活地选择相关的模块。

1.4灵活性高

模块化的设计使得C230-2具有极高的灵活性，可以满足许多应用领域的要求，而且对驱动器的选择具有最高的灵活性和极宽的过程信号范围，这也给驱动器的选型带来了方便。

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2 ATV71型变频器应用于运动控制系统

2.1 ATV71它主要面向以下行业应用：

起重，提升,物料输送,包装行业, 过程控制设备,人造板及木工机械, 高惯量的负载。

2.2电机控制方式

带传感器的矢量控制方式 (电流矢量型)，无传感器矢量控制方式 (电压矢量或电流矢量型)，压/频比方式 (可设置 2 或 5 个拐点)，转矩控制方式，开环同步电机，ENA 系统 (对于负载不平衡时的 能量返回系统) 等。

2.3变频器保护 :

直接过热保护 (通过散热器上的传感器),功率模块部分的过热保护 (通过IGBT的温度计算出来)，电机相间短路保护,输入缺相保护,输出相间及输出对地短路保护，DC母线过压保护。

2.4变频器安全性 :

主电源过压和欠压保护,在3相进线中的电源缺相保护。

2.5主要特性：

极强的过力矩能力：ATV71可达170％60s和220％2s；极宽的工作环境温度范围：ATV71不降容允许温度为50℃，降容可达60℃；标准配置中文图形面板：操作方便、显示参数灵活、美观；电抗器和EMC问题：大于15kw的ATV71的标准配置有电抗器，380VATV71标配EMC滤波器；超宽的工作电压范围： 380V的ATV71允许输入电压范围是380V－15％～480V＋10％，且允许电压跌落50％。 制动单元：小于160KW的ATV71内置制动单元。通讯协议：内置CanOpen、Modbus两种通讯协议，CanOpen 可以实现高速（1M/s）通讯；PTC端子：ATV71标配独立的PTC电机过热保护端子；标准多种应用宏：标配起重应用宏 完整的抱闸逻辑控制；Controller inside card：可称得上万能控制器，实现各种复杂要求的功能。

2.6标准 ATV71 功能:

U, S型斜坡 个人需求设定；预置速度 (16 段) ；求和给定 (减法, 乘法)；+/- 速度；点动；给定切换；斜坡切换；2线/3线控制命令；快速停车, 自由停车；频率, 给 2

中国新时代国际工程公司 西安启源机电装备股份有限公司 研发中心 王振 定, 电流, 热状态, 最高速度达到；飞车启动，故障禁止，反向禁止，直流注入。

2.7 ATV71突出功能:

ENA 功能 (抽油泵) ；转矩控制；制动逻辑；高速提升；基于传感器的位置控制；配置切换；PID 调节器；摆频；参数切换；输出接触器控制；输入接触器控制器；负荷分配；通过额外称重仪对负荷的测量；主-从；应急电源供给；热报警管理；标准功能；功能兼容表。

3 选择变频电机作为执行机构

3.1 发热量小

变频电机一般为强制冷却结构，因此具有极佳的散热效果。

3.2 可承受高频电压

变频电机在设计时增大了电磁负荷，使磁路不易饱和，与此同时，变频电机加强了槽绝缘，一是绝缘材料加强，一是加大槽绝缘的厚度，极大的提高了电机承受高频电压的水平。

3.3 性能可靠

在过去，三相异步电动机的启动，停止是由三相电源，电动机保护器，靠接触器的吸合与断开，再配合以抱闸来实现的。但是，一旦闸皮磨损或者机械松动，卡死等原因，容易导致抱闸失灵，造成生产事故，性能不可靠。

在现在，可以用运动控制器，驱动器，变频电机和执行机构来完成。这样控制，电机启动，停止的性能非常可靠，即使突然断电，也就是电控处于失控状态时，也可以依靠机械辅助装置来使电机停转，比如，将机械抱闸的原位定在抱死状态，一旦电控断电，机械将强行抱死电机和执行机构，保证了安全生产。

4 系统组建

具体的系统搭建方法其实很简单：可以选用Profibus DP总线控制方法，第一：在SIMOTION运动控制器当中进行硬件组态；第二：提取ATV71型变频器的转速控制字和使能控制字（例如：PQW112，PQW113）；第三：按系统需要配置ATV71型变频器（主要是一些变频电机的额定值）；最后，按不同系统的要求编写相应的逻辑程序即可，也就是编写出让执行机构动作的条件句即可。

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5 带负载调整参数

5.1 过压测试

满负荷，最高转速，停止时过压测试，驱动器不报警；逐渐调整电机减速度时间常数至最小值。这样，可以保证电机能够以最短时间快速启动。

5.2 过载测试

满负荷，最高转速，启动时过载测试，驱动器不报警；逐渐调整电机加速度时间常数至最小值。这样，可以保证电机能够以最短时间快速停止。

这样一来，生产线就能以一种高性能，长期稳定可靠的运行。

6 结束语

用运动控制器和ATV71型变频器搭建运动控制系统，是一种既简便又实用的变频调速方法，并且经过产品的实际应用，能够高效稳定的长期运行，希望对同类产品的设计提供帮助。

参考文献

[1]陈伯时. 2000.6. 电力拖动自动控制系统. 机械工业出版社

[2]陈伯时，陈敏逊. 1998.3. 交流调速系统. 机械工业出版社

论文作者：王 振

写作时间：2011.11.8

所在部门：研发中心

所在单位：西安启源机电装备股份有限公司

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第二篇：运动控制论文目录

《燕山大学》 20xx年

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基于GM-400的车铣床数控系统研究

王竹叶

【摘要】： 开放式数控系统已成为数控系统发展的重要方向。开放式数控系统的研究目的就是要建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统,以增强数控系统的功能柔性,允许用户根据需要进行选配合继承、更改或扩展系统的功能,以便迅速适应不同的应用需求。 论文首先论述了开放式数控系统的概念、发展现状,指出开放式数控系统发展的趋势,接着对几种基于PC机的开放式数控系统的结构作了探讨,在分析其各种系统结构特点的基础上建立了PC+NC的递阶式结构的数控系统。 其次,对车铣加工的定义、发展趋势、主要特点以及各种车铣运动做了全面的论述,在分析各个车铣加工运动的特点的基础上,本文采用了正交车铣运动,并介绍了正交运动结构。接着阐述了数控车铣床的结构特点,详细分析了车铣运动的特点,同时对数控车铣加工零件的类型做了介绍。 在研究车铣数控硬件结构方面,本文分析了运动控制卡的工作原理、性能特点、整个系统的硬件结构的特点以及与主机的通讯;在软件开发方面对系统体系结构,底层原理,软件界面设计,功能结构各方面进行了系统研究,在软件界面设计中采用Windows作为系统的软件平台,同时讨论了多任务、并行处理以及中断处理关键技术问题,在功能结构设计中利用Visual C++具体研究了实时控制功能和系统管理功能模块,对各个模块进行了详细设计和说明。 最后,在实验模拟平台上和车铣床上进行了试切实验,证明了开发的数控系统的可行性。

【关键词】：开放式数控系统 车铣系统 运动控制卡 软件开发 Visual C++

【学位授予单位】：燕山大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2009

【分类号】：TG547

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2010.018798

【目录】：

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摘要4-5 ABSTRACT5-11 第1章 绪论11-21 1.1 开放式数控系统11-16 1.1.1 开放式数控系统的概念11-12 1.1.2 开放式数控系统的发展现状及趋势12-16 1.2 基于PC 机的开放式数控系统16-19 1.3 课题的研究内容及方案19-20 1.4 课题研究的现实意义20-21 第2章 车铣加工工艺分析21-35 2.1 车铣加工简介21-23 1

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.1.1 车铣加工的定义21-22 2.1.2 车铣技术的主要内容22-23 2.2 车铣加工的特点23-25 2.3 车铣运动分析25-27 2.4 数控车铣27-34 2.4.1 车铣结构分析28-29 2.4.2 车铣工艺分析29-31 2.4.3 车铣工艺特点31-32 2.4.4 车铣零件类型32-34 2.5 本章小结34-35 第3章 基于GM-400 的车铣系统硬件结构35-45 3.1 GM-400 运动控制器35-40 3.1.1 GM-400 运动控制器简介35-36 3.1.2 GM-400 的硬件结构36-39 3.1.3 GM-400 的工作原理39-40 3.2 车铣数控系统硬件结构40-42 3.3 GM-400 与主机之间的通信42-43 3.4 本章小结43-45 第4章 基于GM-400 的车铣系统软件开发45-60 4.1 软件体系结构45-49 4.1.1 系统的软件平台45-46 4.1.2 多任务、并行处理46-47 4.1.3 中断处理47-49 4.2 软件功能结构49-50 4.2.1 软件实时控制功能结构49-50 4.2.2 软件系统管理功能结构50 4.3 软件界面的开发50-54 4.3.1 界面设计的基本原则50-52 4.3.2 界面的功能框架设计52-54 4.4 软件界面的主要功能的实现54-59 4.4.1 手动模块54-56 4.4.2 自动模块56-59 4.5 本章小结59-60 第5章 基于GM-400 的车铣系统调试运行60-73 5.1 系统调试60-61 5.2 系统参数设置61-64 5.2.1 PID 参数调节61-62 5.2.2 运动参数设置62-64

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? 5.3 硬件调试64-69 5.3.1 运动控制卡调试65-67 5.3.2 机床硬件调试67-68 5.3.3 模拟平台调试68-69 5.3.4 主机通讯调试69 5.4 系统软件调试69-71 5.4.1 软件测试69-70 5.4.2 系统调试70-71 5.5 联机调试71-72 5.6 本章小结72-73 结论73-74 参考文献74-79 攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果79-80 致谢80-81 作者简介81

基于工控机的三坐标数控钻铣床数控系统开发

侯学军

【摘要】： 本文是以本学院自行研制开发的印制电路板钻铣床为研究对象,以工控机为硬件平台,以Windows为软件平台,硬件系统采用“NC嵌入PC式”结构,即运用现有的工控机+运动控制卡+数字量输入输出卡的基本结构,把机床控制系统开发成基于Windows环境下的数控系统,代替原有的基于DOS操作系统下的控制系统,从而实现对三坐标数控钻铣床的控制。 本数控系统硬件部分利用工业IPC机作为主体,智能运动控制卡PCL-839插在其ISA标准插槽上,通过内部总线实现数据的交换和控制从而达到控制三座标数控机床的目的,外部数据的输入输出部分采用PCLD-782和PCLD-785输入输出卡;软件的开发是采用Visual c++6.0为开发工具,由于PCL-839智能运动控制卡具有自行编译功能,而且自行封装了PROG839.EXE编译软件提供了大量的可调用的功能函数,使开发者不必重复开发数控代码的编译等工作,减少了数控系统开发的工作量,同时控制系统软件采用开放式结构,具有可重构、可扩展的特点,给用户留有二次开发的余地。 该印制电路板数控钻铣床的开放式数控系统要研究开发的模块相当多,工作量也相当大,一个人不可能全部完成,本课题只研究了硬件部分的结构组成和实现方法,软件部分的实现方法以及控制仿真界面模块的开发。

【关键词】：三坐标数控钻铣床 开放式数控系统 PCL-839运动控制卡 工业控制机

【学位授予单位】：新疆大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2006

【分类号】：TG527

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2006.132591

【目录】：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1章 绪论6-19 1.1 数控系统的发展6-9 1.1.1 数控技术的发展历史6 1.1.2 数控技术总的发展趋势6-9 1.2 开放式数控系统9-15 1.2.1 开放式数控系统与传统数控系统之比较10-11 1.2.2 开放式CNC 的优越性11-12 1.2.3 开放式数控系统的模式12-13 1.2.4 开放式数控发展现状13-14 1.2.5 开放式数控系统的发展趋势14-15 1.3 本课题的背景及意义15-17 1.3.1 课题的来源15 1.3.2 课题的背景15-17 1.3.3 课题的意义17 1.4 设计总体方案、内容、安排及技术路线17-19 2章 系统硬件设计19-36 2.1 控制功能模式设计19 2.2 控制硬件结构与工作原理19-20 2.3 工业控制微机IPC20-22 2.4 50Pin 接口端子信号功能详解22 2.5 PCL-839 智能运动控制卡22-30 2.5.1 PCL-839 步进电机控制卡简介22-24 2.5.2 硬件安装及接口分布24 2.5.3 PCL-839 卡的寄存器24-27 2.5.4 PCL-839 卡内部结构工作原理及应用结构设计27-30 2.6 控制系统硬件总体设计30-31 2.7 PCLD-782 输入卡31-33 2.7.1 PCLD-782（16/24 路光隔离D/I 板）主要特点31-32 2.7.2 PCLD-782 卡原理32 2.7.3 PCLD-782 卡外部信号输入电路设计32-33 2.8 PCLD-785 输出卡33-36 2.8.1 PCLD-785（16/24 路继电器输出板）主要特点33-34 2.8.2 PCLD-785 输出卡工作原理34 2.8.3 PCLD-785 卡外部设备控制电路设计34-36 3章 系统软件的总体设计36-45 3.1 控制系统软件开发平台设计36-40 3.1.1 开发基于Windows 平台的数控系统的优势36 3.1.2 选用的操作系统平台36-39

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3.1.3 编程语言39-40 3.2 软件模块框架设计40-43 3.2.1 软件分类40-42 3.2.3 部分功能模块简介42-43 3.3 软件的工作原理43-45 3.3.1 主机程序工作原理43-44 3.3.2 客户机程序工作原理44-45 4 章 代码编译与命令设置45-55 4.1 PROG.EXE 编译应用程序45-50 4.1.1 使用TEXTFILE 格式来编辑PROG839.EXE 可执行指令45-50 4.2 ?C?函数库文件50-52 4.2.1 ?PCL839.H?头文件50-52 4.2.2 ?PCL839CX.LIB?库文件52 4.3 “G”代码编译设计52-55 4.3.1 译码任务的位置问题52-53 4.3.2 编译程序设计53-55 5章 实时控制和加工仿真设计55-73 5.1 控制界面模块设计55-61 5.1.1 控制版面外观及实现方法56-58 5.1.2 控制版面的消息映射与处理58-61 5.2 刀轨仿真模块设计61-66 5.2.1 OnDraw 函数61 5.2.2 绘制坐标61-63 5.2.3 刀轨跟踪与动态显示63-64 5.2.4 三维斜二侧投影视图的计算64-66 5.3 加工模块的设计66-69 5.3.1 手动加工模块设计66-68 5.3.2 自动加工模块设计68-69 5.4 数控系统加工演示69-73 6章 总结与展望73-75 6.1 总结研究成果73 6.2 存在的问题73-74 6.3 进一步展望74-75 致谢75-76 参考文献76-78 攻读硕士学位期间发表的论文78-79 学位论文独创性声明79 学位论文知识产权权属声明79

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基于PCI总线的TMS320F2812多轴运动控制卡的设计

侯小强

【摘要】： 开放式体系结构的数控系统已成为当今数控技术的发展方向,而其中的基于计算机标准总线的“PC+运动控制卡”结构则是今后开放式数控技术发展的主流。此类数控系统通常选用高速DSP作为运动控制卡CPU,采用主从式控制策略,利用PC和DSP都读取内存的方式来实现上下位机的通信,具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好等特点。由于它价格低、精度高、易扩展升级,因而被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。 本文设计了一款基于PCI总线的,以DSP芯片TMS320F2812为核心的多轴运动控制卡。将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起,利用双口RAM作为公共存储单元实现上下位机的通信。为实现对多电机的半闭环控制系统提供了一个良好的开发平台。 本文通过对运动控制卡软硬件初步开发,上下位机通信实现等过程的阐述,详细介绍了TMS320F2812最小系统硬件电路设计、双口RAM通信电路设计、数据总线扩展电路设计、DSP中断响应函数的程序设计、NURBS曲线插补原理及直线、抛物线、圆弧的插补实例等内容。同时,为了充分利用PC机资源,体现开放式数控系统的特点,本文还设计了一个方便、实用、美观的人机操作界面,可极大地方便对控制卡的调试与操作。

【关键词】：开放式数控系统 DSP 最小系统 硬件设计 Nurbs插补 人机界面

【学位授予单位】：南京航空航天大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2008

【分类号】：TG659

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2009.054479

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摘要4-5 ABSTRACT5-10 第一章 绪论10-20 1.1 引言10-11 1.2 开放式数控系统11-15 1.2.1 开放式数控系统的产生背景11-12 1.2.2 开放式数控系统的特点12-14 1.2.3 国内外发展现状14-15 1.3 运动控制器及其研究现状15-19 1.3.1 运动控制器发展背景15-17 1.3.2 运动控制器研究现状17-19 1.4 本文的主要内容19-20 第二章 基于PC 总线的DSP 运动控制卡总体设计20-35 2.1 基于PC 总线的伺服运动控制系统概述20-22 2.1.1 基于PC 总线的伺服运动控制系统的特点及组成20-22 6

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2.1.2 伺服运动控制对控制系统的要求22 2.2 基于PCI 总线的DSP 多轴运动控制卡的总体设计22-26 2.3 运动控制卡各主要芯片选型26-32 2.3.1 DSP 控制芯片TMS320F281226-27 2.3.2 PCI 总线接口芯片CH36527-29 2.3.3 缓存芯片选择29-31 2.3.4 逻辑控制芯片选择31-32 2.4 插补算法32-34 2.5 本章小节34-35 第三章 运动控制卡硬件设计35-56 3.1 DSP 最小硬件系统设计35-44 3.1.1 电源及电平转换电路35-37 3.1.2 时钟及复位电路37-38 3.1.3 JTAG 接口电路38-39 3.1.4 存储器扩展电路39-44 3.2 TMS320F2812 与PC 双向通信设计44-50 3.2.1 双口RAM 与DSP 和CH365 的连接44-46 3.2.2 CH365 与PCI 的接口实现46-50 3.3 数据总线扩展设计50-53 3.3.1 CPLD 仿真接口设计50-51 3.3.2 CPLD 数据总线扩展及仿真51-53 3.4 硬件电磁抗干扰设计53-55 3.4.1 电源的去耦与隔离53-54 3.4.2 信号完整性分析及重要信号线的设计54-55 3.5 本章小结55-56 第四章 运动控制卡软件设计56-74 4.1 下位机DSP 主程序模块程序设计56-57 4.2 NURBS 插补原理57-62 4.2.1 NURBS 曲线概述57-60 4.2.2 NURBS 曲线插值原理60-62 4.3 NURBS 插补模块程序设计62-66 4.3.1 插补算法选择62-64 4.3.2 插补程序流程设计64-66 4.4 DSP 与PC 机通信模块66-68 4.4.1 双口RAM 空间分配66-67 4.4.2 DSP 与PC 机通信模块流程图67-68 4.5 运动控制卡插补实例及调试68-73 4.5.1 NURBS 曲线插补实例68-72

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? 4.5.2 运动控制卡调试72-73 4.6 本章小结73-74 第五章 运动控制卡上位机控制软件设计74-87 5.1 引言74-75 5.2 上位机控制软件功能模块程序设计75-84 5.2.1 CH365 动态链接库主要函数介绍75-76 5.2.2 设备管理模块设计76-79 5.2.3 数据页传输模块程序设计79-82 5.2.4 中断反馈模块程序设计82-84 5.3 上位机控制软件人机界面设计84-86 5.4 本章小结86-87 第六章 总结及展望87-89 6.1 总结87 6.2 展望87-89 参考文献89-93 致谢93-94

基于PMAC的数控试验台机械系统设计及软件开发

白海清

【摘要】： 本论文课题是陕西省数控加工技术重点实验室科研项目,利用工控机和运动控制器对X、Y、Z、A、B五个坐标进行控制,采用位移检测装置对数控装置执行件的位移进行检测的开放式数控技术试验台,目的是为使研究者和实验者充分了解和掌握数控环节及数控过程和运动控制卡的控制特性搭建的一试验平台。 本文通过对国内外开放式数控系统的研究,分析比较了几种开放式数控系统的开放途径和体系结构,最终确定采用“PC机+可编程运动控制器”的方式来构造该数控试验工作台。本设计把PMAC运动控制卡及其扩展卡放入控制箱,通过上位机——工业控制机(IPC)标准串口通讯,再配上交流伺服电机和步进电机、伺服驱动器、编码器和直线光栅尺等,构成一个模块化的数控系统。 在对试验平台机械结构进行设计的过程中,主要对滚珠丝杠螺母副、滚动直线导轨副和蜗轮蜗杆式转台进行了计算、校核和选用,确保了机械传动部件的精度和刚度,使之满足系统的要求;通过计算,选择了电气驱动部件,包括交流伺服电机和步进电机及其伺服驱动器、编码器和直线光栅尺;基于Windows操作系统,利用Visual Basic建立了控制软件界面,应用PMAC的G代码解释程序、M代码解释程序和T代码解释程序编写了试验台的运动程序,实现了工作台的加、减速等控制和直线、圆弧等动作。 通过对该试验台的调试和检测,试验台的性能指标达到了设计要求。

【关键词】：试验平台 运动控制卡 伺服系统 结构设计 软件设计

【学位授予单位】：西安理工大学

【学位级别】：硕士

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【学位授予年份】：2007

【分类号】：TG659

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.035985

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? 摘要3-4 Abstract4-7 1 绪论7-13 1.1 课题来源及研究意义7-8 1.2 基于PMAC 的数控系统研究的现状及存在问题8-11 1.3 本课题的研究思路和研究内容11-13 2 机械部分设计13-27 2.1 总体设计13-14 2.1.1 主要技术参数确定13 2.1.2 总体布局13-14 2.1.3 控制形式14 2.2 滑台设计14-22 2.2.1 导轨设计14-17 2.2.2 丝杠设计17-20 2.2.3 电机确定20-22 2.3 转台设计22-23 2.3.1 电机确定22 2.3.2 蜗轮蜗杆设计22-23 2.4 检测元件设计23-26 2.4.1 光栅确定24 2.4.2 编码器确定24-26 2.5 本章小结26-27 3 试验台机械系统特性分析及其精度检测27-35 3.1 X、Y 进给系统建模27-28 3.2 进给系统精度分析28-31 3.2.1 直线轨迹29-30 3.2.2 圆弧轨迹30-31 3.3 数控试验台工作台精度检测31-34 3.3.1 位置精度的检测31-33 3.3.2 位置精度的补偿33-34 3.4 本章小结34-35 4 控制系统硬件设计35-43 4.1 概述35-36 4.2 控制系统总体方案36-38

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? 4.2.1 典型的控制系统方案及特点36-38 4.2.2 方案比较及拟采用的控制系统方案38 4.3 系统硬件选择38-42 4.4 本章小结42-43 5 控制系统软件设计43-53 5.1 概述43 5.2 数控系统的功能需求分析43-44 5.3 数控系统控制软件的体系结构44-45 5.4 数控系统的软件结构设计45-48 5.4.1 操作系统的选择45-46 5.4.2 软件总体结构46-48 5.5 人机界面及程序流程48-52 5.5.1 总体设计49 5.5.2 程序设计49-52 5.6 本章小结52-53 6 结论及展望53-55 6.1 结论53 6.2 展望53-55 致谢55-56 参考文献56-58 附录58-68 攻读硕士学位期间发表论文情况68

基于PC的数控加工平台系统关键技术研究

王鹏飞

【摘要】： 近几年来，PC机及相关产品发展迅速，技术成熟，软件资源丰富，因此充分利用PC机资源，并将其功能集成到CNC中去，发展基于PC机的数控系统，已成为数控系统构成技术的一项新技术。同时，数控技术的一个重要发展方向是数控系统的开放化。以往的数控系统由于其封闭性无法将计算机技术发展的最新成果运用于数控系统中，严重地阻碍了数控技术的发展。封闭式数控系统内部细节对用户是不可知的，在原来的基础上很难或几乎不可能加入新的控制策略方案和扩展新功能。为适应不断发展的现代技术需求，未来的CNC必须能够被用户重新配置、修改、扩充和改装，而不必重新设置硬件和软件。要达到这一目的，最有效的途径就是实现开放性。 本文提出了一种适用于线切割机床的经济型开放式数控系统结构及实现方法，进行了相关关键技术研究，并开发出了基于ISA总线的步进电机轴卡以及基于L297/298芯片的混合式步进电机驱动器。该系统采用工业PC机加控制模板的模块式硬件体系，具有开放式结构。同时开发了一套基于WINDOWS的数控系统软件，该软件具有交互式界面及开放式结构，把软件的大部分功能提供给用户，使用户或第三方方便的进行开发，扩充系统功能。该控制系统利用C++便于底层访问控制的优势，通过动态链 10

接库（DLL）编写运动控制函数直接对硬件接口进行访问，并把系统的各种控制功能通过动态链接库（DLL）提供给用户，实现开放化，使用户方便地实现对系统深层运动控制，进行二次开发及设备改造。同时，软件系统中提供了直线、圆弧等各种作图方式，并可在G代码和图形之间进行解释和转换。

【关键词】：PC机 开放式 数控 动态链接库

【学位授予单位】：哈尔滨理工大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2003

【分类号】：TG659

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2003.121427

【目录】：

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? 中文摘要6-7 英文摘要7-8 第1章 绪论8-16 1．1 微型计算机与数控技术8-10 1．2 开放式数控系统的现状及趋势10-12 1．3 我国开放式数控系统的发展现状与不足12-13 1．4 课题的来源及研究内容13-16 第2章 步进电机轴卡的设计与开发16-25 2．1 PC机的接口技术及扩展插槽16-20 2．1．1 接口技术的定义16-17 2．1．2 接口的基本功能17 2．1．3 接口的基本结构17-18 2．1．4 扩充插槽和IBM总线标准18-20 2．2 基于PC机的步进电机轴卡开发20-25 第3章 混合式步进电机驱动器的研制25-43 3．1 步进电机的驱动特性分析25-28 3．1．1 步进电机细分驱动原理25-27 3．1．2 步进电机斩波恒流驱动原理27-28 3．2 L297/298功能分析28-31 3．3 驱动器硬件体系结构31-41 3．4 实验及总结41-43 第4章 数控插补控制软件的编制43-55 4．1 C++语言面向对象的编程思想43 4．2 系统软件开放式功能的实现43-47 4．2．1 动态链接库（DLL）技术43-45 4．2．2 动态链接库的设计45 4．2．3 用动态链接库实现开放式功能45-47

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? 4．3 数控插补控制软件设计47-55 4．3．1 数字积分法基本原理47-49 4．3．2 直线、圆弧插补模块49-52 4．3．3 软件模块分析52-55 结论55-56 致谢56-57 在读硕士学位期间发表的学术论文57-58 参考文献58-61

数控雕刻机控制系统研究及实现

罗奇亮

【摘要】： 数控系统是数控雕刻机的控制核心,其性能直接影响着雕刻机的加工质量和效率,因此开发稳定高效并具有良好性价比的控制系统十分必要。 本文对数控技术和雕刻机技术的发展现状进行了系统的分析和总结,讨论了雕刻机控制系统的工作原理、主要功能、组成结构和各部分的技术方案。并由此构建了以通用PC为上位机,运动控制卡或数控系统软件为下位机的主从式数控系统。该数控系统是以运动控制卡或数控系统软件作为主控制模块,以三套步进电机驱动器作为进给驱动模块,以PWM驱动调速器作为主轴驱动模块,以线性电源作为雕刻机电源模块以及其它辅助模块共同构成的开环系统。系统的受控对象为一个直角三坐标龙门架式雕刻机平台。 通过对雕刻机控制系统工作原理及功能需求的分析,确定了控制系统开发的总体方案,搭建了系统的软、硬件平台。配合雕刻机机床本体,对所开发的控制系统进行了实际的加工测试。加工测试的结果表明,设计的雕刻机控制系统达到了设计要求,具有一定的实用价值和参考意义。

【关键词】：雕刻机 开环控制系统 运动控制卡 MACH3软件

【学位授予单位】：西安工业大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2010

【分类号】：TG659

【DOI】：CNKI:CDMD:2.2010.190471

【目录】：

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摘要3-4 Abstract4-8 1 绪论8-13 1.1 数控技术的发展情况8-10 1.1.1 数控技术发展历程8-9 1.1.2 数控技术发展趋势9-10 1.2 雕刻机技术的发展10-11 1.2.1 雕刻机的分类10-11 1.2.2 雕刻机技术国内外发展现状11 12

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.3 本课题的来源、研究意义及内容安排11-12 1.3.1 课题来源11 1.3.2 本论文的研究意义11-12 1.3.3 本论文的内容及安排12 1.4 本章小结12-13 2 数控雕刻机控制系统总体方案设计13-22 2.1 雕刻机数控系统的控制原理13-14 2.2 雕刻机数控系统的功能分析14-15 2.3 总体设计方案15-21 2.3.1 雕刻机数控系统的硬件结构15-21 2.3.2 雕刻机数控系统的软件结构21 2.4 本章小结21-22 3 数控雕刻机控制系统硬件设计22-41 3.1 主控制模块22-31 3.1.1 PC+高速运动控制卡22-26 3.1.2 PC+模拟数控软件26-31 3.2 进给系统驱动模块31-37 3.2.1 TB6560步进电机驱动芯片31-35 3.2.2 TB6560步进电机驱动电路设计35-37 3.3 主轴驱动模块37-38 3.3.1 PWM驱动调速原理38 3.3.2 PWM驱动调速电路的具体实现38 3.4 雕刻机电源模块38-39 3.5 辅助模块—接口板39-40 3.6 本章小结40-41 4 数控雕刻机控制系统软件设计41-59 4.1 控制系统软件的总体设计41-44 4.1.1 控制系统软件的开发环境41 4.1.2 控制系统软件的总体设计41-43 4.1.3 功能模块划分43-44 4.2 初始化模块44-47 4.2.1 运动控制器的初始化44-45 4.2.2 专用输入信号参数设置45-46 4.2.3 控制轴初始化46 4.2.4 初始化模块VC程序设计46-47 4.3 参数设置模块47-50 4.3.1 模块功能介绍47-49 4.3.2 进给速度、加速度设置49-50 13

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4.3.3 参数设置模块VC程序设计50 4.4 加工模块50-58 4.4.1 模块功能介绍50 4.4.2 轨迹运动的轨迹描述50-51 4.4.3 连续轨迹运动的实现步骤51-54 4.4.4 速度前瞻处理54-56 4.4.5 加工模块VC程序设计56-58 4.5 图形显示、刀路轨迹跟踪模块58 4.5.1 模块功能介绍58 4.5.2 模块VC程序设计58 4.6 本章小结58-59 5 ArtCAM Pro浮雕建模、处理及加工实例59-65 5.1 数控雕刻软件59 5.2 ArtCAM Pro浮雕建模、仿真及后置处理59-61 5.2.1 ArtCAM Pro浮雕建模59-61 5.2.2 ArtCAM Pro浮雕处理61 5.3 试加工实例61-64 5.3.1 基于PC+MACH3软件的雕刻机控制系统试加工实例61-62 5.3.2 基于PC+固高运动控制器的雕刻机控制系统试加工实例62-64 5.4 本章小结64-65 6 结论65-68 6.1 总结65-66 6.2 研究展望66-68 参考文献68-70 攻读硕士学位期间发表的论文70-71 致谢71-74 附录174-84 附录284-89

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