[发明专利]一种基于FPGA的高性能裁床运动控制系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的高性能裁床运动控制系统，裁床包括刀具、分别驱动所述刀具沿三维方向进行直线运动的X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机及驱动所述刀具旋转以调节刀刃方向的U轴步进电机，基于FPGA的高性能裁床运动控制系统包括主处理器ARM和FPGA模块，所述FPGA模块包括FMC接口模块、指令数据处理模块、电机转速控制模块、插补模块。本发明的基于FPGA的高性能裁床运动控制系统有效提升裁床的速度、精度以及稳定性，可实现更加柔性的加减速控制，电机误差较小。

技术领域

本申请属于运动控制技术领域，具体涉及一种基于FPGA的高性能裁床运动控制系统。

背景技术

裁床作为服装、皮革和广告等行业的自动化加工装备，随着行业竞争愈发激烈，裁床设备的市场需求量日益增大。裁床的运动控制系统是决定设备性能和生产效率的关键因素，开发多轴联动、裁剪速度快的裁床运动控制系统对降低企业成本，增强企业的市场竞争力，具有重要的现实意义。现有的裁床运动控制系统主要由微处理器或者运动控制芯片控制，其系统处理精度不够高、速度慢、实时性差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于FPGA的高性能裁床运动控制系统，提升裁床的速度、精度以及稳定性，可实现更加柔性的加减速控制，电机误差较小。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种基于FPGA的高性能裁床运动控制系统，所述裁床包括刀具、分别驱动所述刀具沿三维方向进行直线运动的X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机及驱动所述刀具旋转以调节刀刃方向的U轴步进电机，所述基于FPGA的高性能裁床运动控制系统包括主处理器ARM和FPGA模块，所述FPGA模块包括FMC接口模块、指令数据处理模块、电机转速控制模块、插补模块，其中：

所述FMC接口模块，用于主处理器ARM和FPGA模块之间通信；

所述指令数据处理模块，用于对从主处理器ARM接收的指令数据信息进行译码，得到所述刀具在三维方向上的初始坐标值、终点坐标值、位移量、预定角度和给定走刀轮廓线形，以及得到所述刀具的在三维方向上直线运动的初始速度、给定进给速度、初始加速度、初始加加速度与进给距离，以及得到所述刀具的刃口初始方向、刃口旋转角度及刃口旋转速度；

所述电机转速控制模块，用于根据所述初始速度、所述给定进给速度、所述初始加速度、初始加加速度以及所述进给距离计算出刀具在加加速过程，减加速过程，匀速过程，加减速过程和减减速过程的各个轴向的速度、位移和加速度；

所述插补模块，用于根据所述刀具的给定进给速度与给定走刀轮廓线形，在所述给定走刀轮廓线形的已知点之间，确定所述刀具行走路径的若干个中间点；所述插补模块包括直线插补模块以及圆弧插补模块，所述直线插补模块应用最小偏差法，用于根据所述初始坐标值和终点坐标值，通过不断判断每轴的偏差函数进行轨迹的插补；所述圆弧插补模块将计算机图形学中的Bresenham画圆方法应用在圆弧插补运算中，用于根据所述初始坐标值、半径值，计算出圆弧内的点和圆弧外的点两点的中点距离圆弧的距离大小，并给出两个方向上的进给脉冲完成轨迹的插补；

其中，直线插补模块应用最小偏差法，用于根据所述初始坐标值和终点坐标值，通过不断判断每轴的偏差函数，来进行轨迹的插补，包括：

在X轴和Y轴、Z轴所形成的三维平面中，投影为XY、YZ、XZ平面上，若在XY平面上，假设目标运动轨迹是一条F＝kx(k＜1)，直线插补其长轴偏移偏差函数为：F(Δx),同时在长轴和短轴上的偏差函数为F(Δx,Δy)；

进一步地判断F_i的符号；

F_i＝|F(Δx,Δy)-F(Δx)|；