[发明专利]一种3D打印机挤出头梯形速度曲线控制系统

权利要求书

1.一种3D打印机挤出头梯形速度曲线控制系统，其特征在于，其所有计算过程用硬件IP核实现，包括运动参数预处理模块、速度曲线生成器模块、速度曲线优化器模块、输出模块、系统控制器模块、块缓存管理模块；运动参数预处理模块最先被执行，用于负责挤出头运动主要参数的计算，且通过相应的条件判断来保证每个运动块能够正确运行而不出现错误，以便后面的模块能正常运行；速度曲线生成器模块、速度曲线优化器模块和输出模块对块缓存管理模块中的RAM缓存器进行读写操作，且依序被执行；速度曲线生成器模块通过运动参数预处理模块的输出参数利用梯形速度曲线生成器来规划每个运动块的运行轨迹，即产生相应的梯形速度运动曲线；速度曲线优化器模块负责RAM缓存器中所有的块的运动规划，即将所有块的单个梯形速度曲线首尾相连，形成一个完整的速度曲线，使得RAM缓存器中所存放的块能够连续性运行；输出模块负责从块缓存管理模块中取出的挤出头运动的相关速度数据，传递给外设步进电机驱动器模块，驱动挤出头按照指定的运动轨迹运行；系统控制器模块负责完成速度曲线生成器模块、速度曲线优化器模块和输出模块的执行优先级；块缓存管理模块负责根据输入的读写信号和读写地址，读取或写入相对应的数据，并会反馈RAM缓存器的首尾地址以及空满状态。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括均与总线相连用于存储数据的FIFO以及寄存器文件。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，运动参数预处理模块接收到FIFO及寄存器文件的数据后进行数据运算处理，输出各轴走步数、各轴运动位移、运动位移、额定速度、加速度、进入速度。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，运动参数预处理模块包括状态机，其不仅产生FIFO读使能信号，而且还控制着周期计数器的运行，并且根据状态机所处的状态，输出表示模块工作状态的信号。

5.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，速度曲线生成器模块根据前面运动参数预处理模块得到的参数，初步生成当前计算块块的梯形速度曲线，并存入到RAM缓存器中以便后面的模块调用。

6.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，速度曲线生成器模块包括梯形速度曲线生成器模块，梯形速度曲线生成器模块利用挤出头的总位移、初始速度、退出速度、额定速度以及加速度参数，运用速度位移公式来计算出速度曲线中的加速阶段、匀速阶段以及减速阶段的位移和速度，以此即可完成一个完整的速度曲线。

7.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，速度曲线优化器模块从RAM缓存器中取出已经存放好的块计算块来进行各个计算块的速度曲线优化，以实现块之间的速度曲线能够平顺相连，其包括反向速度曲线优化器、正向速度曲线优化器、梯形速度曲线生成器以及控制上述速度曲线优化器和上述速度曲线生成器的执行顺序的四状态控制机。

8.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，输出模块将获得的梯形速度曲线运动参数分为加速、匀速、减速三个阶段输出至步进电机驱动器。

9.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，块缓存管理模块还包括RAM缓存器头部地址生成器和RAM缓存器尾部地址生成器，当速度曲线生成器对RAM缓存器进行写数据时，由RAM缓存器头部地址生成器处理使得RAM头部地址加1，当速度曲线优化器模块对其读写数据时，头尾地址不发生变化，当输出模块对其读取数据时，由RAM缓存器尾部地址生成器处理使得尾部地址加1。