[发明专利]一种运动控制片上系统

说明书

技术领域

本发明涉及运动控制领域，特别涉及数控技术领域的一种运动控制片上系统。

 

背景技术

运动控制系统是以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子、功率变换装置为执行机构，在控制理论指导下组成的电气传动控制系统。目前，通用运动控制器从结构上主要分为如下三大类：

（1）基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器

基于PC总线的运动控制器是利用计算机硬件和操作系统，并结合用户开发的运动控制应用程序来实现的，具有高速的数据处理能力。它以PC作为信息处理平台，充分利用DSP的高速数据处理能力和FPGA的超强逻辑处理能力，使PC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结合起来，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点，并能够实现闭环控制。

从用户使用的角度来看，这些基于PC的运动控制器之间的差异主要是硬件接口(输入/输出信号的种类、性能)和软件接口(运动控制函数库的功能函数)。

（2）基于工控机的开放式运动控制器

基于工控机的开放式运动控制器，它提供给用户很大的灵活性，它的运动控制软件全部装在工控机中，而硬件部分仅是工控机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。用户可以在windows平台和其他操作系统的支持下，利用开放的运动控制内核，开发所需的控制功能，构成各种类型的高性能运动控制系统，从而提供给用户更多的选择和灵活性。

基于工控机的开放式运动控制的特点是开发、制造成本相对较低，能够给予系统集成商和开发商更加个性化的开发平台。

其中第（1）种和第（2）种类型都是基于PC机的运动控制系统，在当前应用范围最为广泛。但系统在结构和性能上都存在很大的局限性：

实时性和可靠性差：采用通用的操作系统，与数控无关的任务可能占用了更多的开销，并且还影响着系统的实时性和稳定性。

成本高：能满足数控加工要求的工控机配上运动控制卡，使得系统成本很难降低。

便携性不足：由于必须配备相应的工控机，使系统体积庞大且笨重，便携性方面存在缺陷。

（3）以微处理器或者专用芯片作为核心的运动控制器

这类运动控制器结构简单，大多数只能输出脉冲信号，工作在开环控制方式。这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，通常不能满足要求。并且控制器处理芯片只能作为专用，不能解放出来去进行其它工作。

 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种运动控制片上系统，该系统采用基于IP核的设计方法，挂接在片上总线的运动控制IP核支持两种工作方式，一种是自主地从存储器读取数控指令并译码执行，嵌入式处理器核所做的工作只是对插补输出进行简单的起停控制以及对部分中断的响应，这在最大程度上降低了嵌入式处理器核在运动控制功能上的开销，使嵌入式处理器核可以有效执行除数控任务以外的其它实时任务，另一种方式是运动控制处理器IP核直接由嵌入式处理器核通过访问寄存器的方式进行控制，可以执行一些特定的运动控制指令功能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种运动控制片上系统，其通过总线接口模块挂接在片上总线上，运动控制片上系统包括：

片上总线、嵌入式处理器核、存储器系统、DMA控制器、通信模块IP核、运动控制IP核以及若干外设接口，嵌入式处理器核、存储器系统、DMA控制器、通信模块IP核、运动控制IP核以及若干外设接口皆连接在片上总线上；

运动控制IP核包括：片上总线接口模块、自动指令读取模块、自动变量读取模块、寄存器组、插补控制模块、单轴控制模块、速度控制模块、脉冲输出模块、中断处理模块；片上总线接口连接自动指令读取模块、自动变量读取模块和寄存器组，插补控制模块、单轴控制模块和速度控制模块也与寄存器组相连；

其中，自动指令读取模块通过片上总线自主从存储器系统中读取数控指令并获取指令参数或变量，将插补位置相关数据发送至插补控制模块，将速度控制相关数据发送至速度控制模块，当读取到可立即执行的指令时，基于当前参数，自动的开始执行相应的动作；经插补控制和速度控制处理产生的脉冲，通过脉冲输出模块，产生特定形式的驱动脉冲；在此期间，中断处理模块可进行各种形式的中断输入处理和中断输出。

较佳的，自动指令读取模块和自动变量读取模块，自主的通过总线读取存储器系统中的指令或者变量，获取控制信息和参数交由寄存器组。