CN105892412A - 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构 - Google Patents

基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构 Download PDF

Info

Publication number
CN105892412A
CN105892412A CN201410771183.7A CN201410771183A CN105892412A CN 105892412 A CN105892412 A CN 105892412A CN 201410771183 A CN201410771183 A CN 201410771183A CN 105892412 A CN105892412 A CN 105892412A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motion controller
motion
self
control
defined bus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410771183.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105892412B (zh
Inventor
潘海鸿
陈琳
韦庆情
黄炳琼
何蕴达
董海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN201410771183.7A priority Critical patent/CN105892412B/zh
Publication of CN105892412A publication Critical patent/CN105892412A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105892412B publication Critical patent/CN105892412B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Numerical Control (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,至少包括上位机1、主运动控制器2、一个或多个从运动控制器3、一个或多个驱动器和一个或多个电机。所述主运动控制器2通过自定义总线与一个或多个从运动控制器3相连,实现对所有从运动控制器3和所有运动轴的同步协调控制;所述每个从运动控制器3可同步协调控制四个运动轴,减少了控制任务,并可以实现并行计算,提高了系统的运算能力。本发明采用主从分布式结构,易于扩展,且具有通用性。本发明适用于工业自动化控制领域,特别适用于要求高速高精的多轴联动控制系统。

Description

基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构
技术领域
本发明涉及工业自动化控制领域,更具体的说是涉及一种基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构。
背景技术
现代制造业中,多轴运动控制系统在多轴联动数控机床、复合加工数控机床、多自由度工业机器人、医疗设备等机电设备中得到广泛应用。随着社会进步和计算机技术、自动化技术、信号处理技术、智能控制技术、电力电子技术等技术的高速发展,生产制造对机电设备的效率和性能要求越来越高,因而也对多轴运动控制系统的控制性能提出越来越高的要求。
多轴运动控制系统中的一个运动轴由一个驱动器带动一个电机进行驱动,其数量从三轴到十几轴、甚至几十轴不等。随着运动轴数增加,系统的非线性、耦合性更加复杂,各个运动轴之间的动态响应不一致和参数不匹配等问题更加突出。要使这些非线性、强耦合的多轴运动控制系统按给定命令完成期望运动,往往需要辅以高性能、高鲁棒性的复杂控制算法,因而多轴运动控制系统需要完成大量复杂算法计算、数据传输和及其他实时处理等任务,这对相应系统硬件的存储空间、实时性、多任务处理能力提出更高要求。
目前,市场上大部分多轴运动控制器控制运动轴数有限,当实际运动轴数多于一个多轴运动控制器可以控制的运动轴数时,就需要增加另外的多轴运动控制器。而当需要多个运动控制器控制全部的运动轴时,如何实现多个运动控制器间的各个运动轴的同步协调性是一个比较难以解决的问题。为使一个多轴运动控制器可以控制更多的运动轴数并且不降低控制性能,往往通过提高单处理器性能或者增加处理器来实现,随着运动轴数的增加,多轴运动控制器开发难度加大。
发明内容
本发明目的是为扩展多轴运动控制器的可控制运动轴数,并解决多个多轴运动控制器间的各个运动轴的同步协调控制问题,以及实现在提高多轴运动控制器控制性能的同时降低开发难度,从而提出了一种基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构。
本发明的技术方案概述如下:
基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,采用主从分布式结构,至少包括上位机1、主运动控制器2、一个或多个从运动控制器3、一个或多个驱动器和一个或多个电机;所述上位机1与主运动控制器2相连,所述主运动控制器2通过自定义总线与一个或多个从运动控制器3相连,所述从运动控制器3与一个或多个驱动器相连,所述每个驱动器分别与一个电机相连。
所述主运动控制器2,其至少包括通信接口和主DSP;所述通信接口与上位机1相连,所述主DSP与通信接口相连;所述主DSP通过通信接口获取上位机1下发的轨迹规划指令,并进行指令解析出来、前瞻控制、同步协调控制和插补运算,最后通过自定义总线实现将运动指令发送到每个从运动控制器3。
所述主运动控制器2可以通过自定义总线与一个或多个从运动控制器3相连,从运动控制器3的个数由驱动器和电机的个数决定。
所述从运动控制器3,其至少包括FPGA1、从DSP、存储器、FPGA2和信号调理电路;所述FPGA2通过自定义总线与主运动控制器2相连,所述从DSP通过内部总线分别与FPGA1、存储器和FPGA2相连,所述FPGA1分别与FPGA2和信号调理电路相连,所述信号调理电路与一个或多个驱动器相连。
所述信号调理电路,其至少包括模拟指令信号调理电路、指令脉冲信号调理电路和反馈信号调理电路。
所述从运动控制器3可以与一个或多个驱动器相连,一个从运动控制器3最多可以与四个驱动器相连。
所述FPGA1负责输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述FPGA2负责从运动控制器3与主运动控制器2的数据交换,并控制FPGA1进行输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述从DSP负责各类补偿算法和单轴跟踪控制算法处理。
所述主运动控制器2通过自定义总线由从运动控制器3的FPGA2向从DSP下发运动指令和获取每个运动轴的状态信息,并根据上位机1下发的轨迹规划指令和获取的每个运动轴的状态信息对所有运动轴进行同步协调控制。
所述主运动控制器2可以通过自定义总线同时向所有连接在自定义总线上的从运动控制器3的FPGA2写入控制信息,然后由所述从运动控制器3的FPGA2产生不同的控制信号,并控制从DSP和FPGA1对运动轴实施不同阶段的控制任务。
所述从运动控制器3的从DSP最多可以与四个驱动器连接,即最多可对四个运动轴进行跟踪控制。
本发明与现有技术相比具有的有益效果:
(1)本发明采用主从分布式结构,当运动轴数增加时,只需要增加从运动控制器,各从运动控制器统一由同一个主运动控制器控制,易于扩展和实现对所有运动轴的同步协调控制。
(2)本发明中的每个从运动控制器可以实现并行计算,并且每个从运动控制器最多可同步协调控制四个运动轴,当需同步协调控制的轴数增多进而需增加从运动控制器的数量时,需控制轴的伺服周期不会增加,从而保证整体控制系统的运动性能指标,当需同步协调控制的轴数越多,本发明的轴运动控制性能指标的效果越显著。
(3)本发明中的从运动控制器的输入输出信号控制都是基于FPGA设计,灵活易用,便于硬件系统升级。
附图说明
图1是本发明的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构总体方案图
图2是本发明的实施例一方案图
图3是本发明的实施例二方案图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
(1)实施例一:
如图2所示,本发明实施例一的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,采用主从分布式结构,至少包括上位机1、主运动控制器2、一个从运动控制器3、四个驱动器和四个电机;所述上位机1与主运动控制器2相连,所述主运动控制器2通过自定义总线与一个从运动控制器3相连,所述从运动控制器3与四个驱动器相连,所述每个驱动器分别与一个电机相连。
所述主运动控制器2,其至少包括通信接口和主DSP;所述通信接口与上位机1相连,所述主DSP与通信接口相连;所述主DSP通过通信接口获取上位机1下发的轨迹规划指令,并进行指令解析出来、前瞻控制、同步协调控制和插补运算,最后通过自定义总线实现将运动指令发送到从运动控制器3。
所述从运动控制器3,其至少包括FPGA1、从DSP、存储器、FPGA2和信号调理电路;所述FPGA2通过自定义总线与主运动控制器2相连,所述从DSP通过内部总线分别与FPGA1、存储器和FPGA2相连,所述FPGA1分别与FPGA2和信号调理电路相连,所述信号调理电路与四个驱动器相连。
所述信号调理电路,其至少包括模拟指令信号调理电路、指令脉冲信号调理电路和反馈信号调理电路。
所述FPGA1负责输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述FPGA2负责从运动控制器3与主运动控制器2的数据交换,并控制FPGA1进行输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述从DSP负责各类补偿算法和单轴跟踪控制算法处理。
所述主运动控制器2通过自定义总线由从运动控制器3的FPGA2向从DSP下发运动指令和获取每个运动轴的状态信息,并根据上位机1下发的轨迹规划指令和获取的每个运动轴的状态信息对所有运动轴进行同步协调控制。
所述主运动控制器2可以通过自定义总线同时向所有连接在自定义总线上的从运动控制器3的FPGA2写入控制信息,然后由所述从运动控制器3的FPGA2产生不同的控制信号,并控制从DSP和FPGA1对运动轴实施不同阶段的控制任务。
(2)实施例二:
如图2所示,本发明实施例二的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,采用主从分布式结构,至少包括上位机1、主运动控制器2、三个从运动控制器3、十二个驱动器和十二个电机;所述上位机1与主运动控制器2相连,所述主运动控制器2通过自定义总线与三个从运动控制器3相连,所述每个从运动控制器3分别与四个驱动器相连,所述每个驱动器分别与一个电机相连。
所述主运动控制器2,其至少包括通信接口和主DSP;所述通信接口与上位机1相连,所述主DSP与通信接口相连;所述主DSP通过通信接口获取上位机1下发的轨迹规划指令,并进行指令解析出来、前瞻控制、同步协调控制和插补运算,最后通过自定义总线实现将运动指令发送到每个从运动控制器3。
所述从运动控制器3,其至少包括FPGA1、从DSP、存储器、FPGA2和信号调理电路;所述FPGA2通过自定义总线与主运动控制器2相连,所述从DSP通过内部总线分别与FPGA1、存储器和FPGA2相连,所述FPGA1分别与FPGA2和信号调理电路相连,所述信号调理电路与四个驱动器相连。
所述信号调理电路,其至少包括模拟指令信号调理电路、指令脉冲信号调理电路和反馈信号调理电路。
所述FPGA1负责输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述FPGA2负责从运动控制器3与主运动控制器2的数据交换,并控制FPGA1进行输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述从DSP负责各类补偿算法和单轴跟踪控制算法处理。
所述主运动控制器2通过自定义总线由从运动控制器3的FPGA2向从DSP下发运动指令和获取每个运动轴的状态信息,并根据上位机1下发的轨迹规划指令和获取的每个运动轴的状态信息对所有运动轴进行同步协调控制。
所述主运动控制器2可以通过自定义总线同时向所有连接在自定义总线上的从运动控制器3的FPGA2写入控制信息,然后由所述从运动控制器3的FPGA2产生不同的控制信号,并控制从DSP和FPGA1对运动轴实施不同阶段的控制任务。
在此说明书中,应当指出,以上实施例仅是本发明的两个具体例子。显然,本发明不局限于上述具体实施例,还可以做出各种修改、变换和变形。因此,说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改和等同变化与修饰,均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,采用主从分布式结构,其特征在于:至少包括上位机(1)、主运动控制器(2)、一个或多个从运动控制器(3)、一个或多个驱动器和一个或多个电机;所述上位机(1)与主运动控制器(2)相连,所述主运动控制器(2)通过自定义总线与一个或多个从运动控制器(3)相连,所述从运动控制器(3)与一个或多个驱动器相连,所述每个驱动器分别与一个电机相连。
2.根据权利要求1所述的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,其特征在于:所述主运动控制器(2),其至少包括通信接口和主DSP;所述通信接口与上位机(1)相连,所述主DSP与通信接口相连;所述主DSP通过通信接口获取上位机(1)下发的轨迹规划指令,并进行指令解析、前瞻控制、同步协调控制和插补运算,最后通过自定义总线实现将运动指令发送到每个从运动控制器(3)。
3.根据权利要求1所述的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,其特征在于:所述主运动控制器(2)可以通过自定义总线与一个或多个从运动控制器(3)相连,从运动控制器(3)的个数由驱动器和电机的个数决定。
4.根据权利要求1所述的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,其特征在于:所述从运动控制器(3),其至少包括FPGA1、从DSP、存储器、FPGA2和信号调理电路;所述FPGA2通过自定义总线与主运动控制器(2)相连,所述从DSP通过内部总线分别与FPGA1、存储器和FPGA2相连,所述FPGA1分别与FPGA2和信号调理电路相连,所述信号调理电路与一个或多个驱动器相连。
5.根据权利要求4所述的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,其特征在于:所述信号调理电路,其至少包括模拟指令信号调理电路、指令脉冲信号调理电路和反馈信号调理电路。
6.根据权利要求1所述的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,其特征在于:所述从运动控制器(3)可以与一个或多个驱动器相连,一个从运动控制器(3)最多可以与四个驱动器相连。
7.根据权利要求1所述的基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构,其特征在于:所述FPGA1负责输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述FPGA2负责从运动控制器(3)与主运动控制器(2)的数据交换,并控制FPGA1进行输入输出信号处理、数据采集、算法预处理及接口转换;所述从DSP负责各类补偿算法和单轴跟踪控制算法处理。
CN201410771183.7A 2014-12-15 2014-12-15 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构 Active CN105892412B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410771183.7A CN105892412B (zh) 2014-12-15 2014-12-15 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410771183.7A CN105892412B (zh) 2014-12-15 2014-12-15 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105892412A true CN105892412A (zh) 2016-08-24
CN105892412B CN105892412B (zh) 2019-02-19

Family

ID=56700067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410771183.7A Active CN105892412B (zh) 2014-12-15 2014-12-15 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105892412B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107203191A (zh) * 2017-06-27 2017-09-26 河南工业大学 多伺服系统预演协同控制系统及控制方法
CN108920410A (zh) * 2018-06-22 2018-11-30 华北理工大学 一种大数据处理装置及方法
CN109648599A (zh) * 2018-12-25 2019-04-19 它酷科技(大连)有限公司 一种仿真机器人的肘关节活动控制方法
CN111381555A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 合肥宏晶微电子科技股份有限公司 一种多轴运动控制方法及多轴运动设备
CN111381612A (zh) * 2020-03-24 2020-07-07 苏州曼宇智能科技有限公司 一种基于can总线的多轴同步控制系统及方法
CN111497964A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 山东大学 一种电驱动四足机器人分布式控制系统
CN111830910A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 南通西塔自动化科技有限公司 一种基于pwm的多轴同步运动控制器的实现方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060100723A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-11 Dynacity Technology (Hk) Limited Modular multi-axis motion control and driving system and method thereof
CN101169646A (zh) * 2007-10-26 2008-04-30 华中科技大学 分布式开放体系结构的数控系统
CN101692181A (zh) * 2009-09-18 2010-04-07 南京工程学院 高速协调控制网络及节点芯片
CN102156416A (zh) * 2011-04-19 2011-08-17 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种变流器控制装置
WO2010138155A3 (en) * 2009-05-27 2012-01-19 Active Precision, Inc. Encoder interpolator with enhanced precision
CN202997981U (zh) * 2012-11-03 2013-06-12 安徽工程大学 基于sercos和can总线的多轴联动交流伺服控制系统
CN103901814A (zh) * 2014-03-11 2014-07-02 中国矿业大学 一种多轴运动数控系统
CN103941648A (zh) * 2014-03-07 2014-07-23 东莞市升力智能科技有限公司 多轴运动控制系统及其控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060100723A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-11 Dynacity Technology (Hk) Limited Modular multi-axis motion control and driving system and method thereof
CN101169646A (zh) * 2007-10-26 2008-04-30 华中科技大学 分布式开放体系结构的数控系统
WO2010138155A3 (en) * 2009-05-27 2012-01-19 Active Precision, Inc. Encoder interpolator with enhanced precision
CN101692181A (zh) * 2009-09-18 2010-04-07 南京工程学院 高速协调控制网络及节点芯片
CN102156416A (zh) * 2011-04-19 2011-08-17 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种变流器控制装置
CN202997981U (zh) * 2012-11-03 2013-06-12 安徽工程大学 基于sercos和can总线的多轴联动交流伺服控制系统
CN103941648A (zh) * 2014-03-07 2014-07-23 东莞市升力智能科技有限公司 多轴运动控制系统及其控制方法
CN103901814A (zh) * 2014-03-11 2014-07-02 中国矿业大学 一种多轴运动数控系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郑晓峰 等: "一种基于DSP和FPGA的多轴运动控制卡的设计", 《自动化与仪器仪表》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107203191A (zh) * 2017-06-27 2017-09-26 河南工业大学 多伺服系统预演协同控制系统及控制方法
CN107203191B (zh) * 2017-06-27 2019-08-02 河南工业大学 多伺服系统预演协同控制系统及控制方法
CN108920410A (zh) * 2018-06-22 2018-11-30 华北理工大学 一种大数据处理装置及方法
CN109648599A (zh) * 2018-12-25 2019-04-19 它酷科技(大连)有限公司 一种仿真机器人的肘关节活动控制方法
CN111381555A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 合肥宏晶微电子科技股份有限公司 一种多轴运动控制方法及多轴运动设备
CN111381555B (zh) * 2018-12-28 2021-08-03 合肥宏晶微电子科技股份有限公司 一种多轴运动控制方法及多轴运动设备
CN111381612A (zh) * 2020-03-24 2020-07-07 苏州曼宇智能科技有限公司 一种基于can总线的多轴同步控制系统及方法
CN111381612B (zh) * 2020-03-24 2023-10-20 苏州曼宇智能科技有限公司 一种基于can总线的多轴同步控制系统及方法
CN111497964A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 山东大学 一种电驱动四足机器人分布式控制系统
CN111497964B (zh) * 2020-04-27 2021-11-02 山东大学 一种电驱动四足机器人分布式控制系统
CN111830910A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 南通西塔自动化科技有限公司 一种基于pwm的多轴同步运动控制器的实现方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105892412B (zh) 2019-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105892412A (zh) 基于自定义总线的多轴运动控制系统硬件架构
Fang et al. An approach for jerk-continuous trajectory generation of robotic manipulators with kinematical constraints
CN102862161B (zh) 一种基于现场总线的pac工业机器人控制系统
CN106777475B (zh) 一种有限空间约束的注塑机械臂动力学协同仿真方法
CN105033996B (zh) 基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统
CN204366962U (zh) 六轴重载机器人控制系统
CN203449306U (zh) 一种主从式双工业机器人协调操作控制系统
CN103744376B (zh) 一种伺服驱动器及使用该伺服驱动器的多轴控制系统
CN103984275A (zh) 一种基于fpga的通用工业运动控制系统及基于该运动控制系统的控制方法
CN105824270B (zh) 多轴运动控制器
CN105364926A (zh) 一种多轴机器人驱控一体化控制系统
CN105700465A (zh) 基于EtherCAT总线的机器人柔顺控制系统和方法
CN110842920B (zh) 一种单处理芯片的控驱一体系统架构
CN101913149B (zh) 嵌入式轻型机械臂控制器及其控制方法
CN106346480A (zh) 一种基于ug和matlab的多自由度注塑机械臂建模方法
CN105163510A (zh) 一种基于EtherCAT总线的贴片机控制系统
JP5291727B2 (ja) 多軸同期動作機械のプログラム変換モジュール及びプログラム変換方法
CN204790505U (zh) 一种基于arm和fpga的嵌入式数控系统实验平台
CN202763839U (zh) 一种基于现场总线的pac工业机器人控制系统
CN109551478A (zh) 一种基于集散控制系统的双机器人主从协调控制方法
CN203250190U (zh) 工业机器人控制器
CN203825438U (zh) 一种伺服驱动器及使用该伺服驱动器的多轴控制系统
CN105302031A (zh) 码垛搬运机器人的控制装置及其控制方法
CN204807988U (zh) 运动控制器
Lee et al. Faster and smoother trajectory generation considering physical system limits under discontinuously assigned target angles

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant