伺服技術(shù)及系統(tǒng)

第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)概述

基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)具有一種開放式結(jié)構(gòu)。是一種專用于伺服控制的獨(dú)立硬件平臺(tái)。其特點(diǎn)是可以充分利用PC機(jī)的資源和第三方軟件資源完成用戶應(yīng)用程序的開發(fā)，將生成的應(yīng)用程序指令通過PC并行總線傳送給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器按照設(shè)定的運(yùn)行模式，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的目的。第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)5.1預(yù)備知識(shí)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品種類普通電機(jī)、變頻電機(jī)、伺服電機(jī)、變頻器、伺服控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、單軸控制器、多軸控制器、可編程控制器、上位控制單元、車間級(jí)和廠級(jí)監(jiān)控工作站等。第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一般由上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、反饋元件和伺服電機(jī)等組成圖5-1伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖

5.1預(yù)備知識(shí)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件組成上位計(jì)算機(jī)：直接影響系統(tǒng)的性能運(yùn)動(dòng)控制器：采用多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，滿足高精度運(yùn)動(dòng)控制要求驅(qū)動(dòng)器、反饋元件：驅(qū)動(dòng)器數(shù)字化，采用DSP，運(yùn)用IGBTPWM控制方式，支持脈沖與模擬量?jī)煞N輸入方式伺服電機(jī)：常用單相或三相供電兩種電壓，產(chǎn)品額定功率為30W~4000W第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組成第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)運(yùn)動(dòng)控制器第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件組成（1）上位計(jì)算機(jī)軟件：包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件：一般指操作系統(tǒng)和第三方軟件資源等，具有一定的通用性。應(yīng)用軟件：主要指用戶調(diào)度程序，具有專用性，是根據(jù)需要由用戶開發(fā)的對(duì)有關(guān)物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)構(gòu)按照既定軌跡和規(guī)定參數(shù)完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的軟件。（2）運(yùn)動(dòng)控制器軟件：置于伺服運(yùn)動(dòng)控制器之中。它是伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，按著一定的控制算法和數(shù)學(xué)模型而編制的專用程序。預(yù)備知識(shí)操作系統(tǒng)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

操作系統(tǒng)OS（operationsystem）是一組計(jì)算機(jī)程序的集合，用來(lái)有效地控制和管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，即合理地對(duì)資源進(jìn)行調(diào)度，并提供應(yīng)用接口。對(duì)于在PC機(jī)上開發(fā)應(yīng)用軟件的用戶來(lái)說(shuō)，其工作完全是建立在操作系統(tǒng)之上的，是直接面對(duì)操作系統(tǒng)核心的編程，因此，對(duì)于操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的理解是至關(guān)重要的。預(yù)備知識(shí)幾個(gè)基本的概念

任務(wù)——指一個(gè)程序分段，這個(gè)分段被操作系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)基本工作單元來(lái)調(diào)度。任務(wù)是在系統(tǒng)運(yùn)行前設(shè)計(jì)好的。進(jìn)程——指任務(wù)在作業(yè)環(huán)境中的一次運(yùn)行過程，它是動(dòng)態(tài)過程。有些操作系統(tǒng)把任務(wù)和進(jìn)程等同看待，認(rèn)為任務(wù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，即執(zhí)行任務(wù)體的動(dòng)態(tài)過程。

操作系統(tǒng)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)線程——比進(jìn)程更小且能獨(dú)立運(yùn)行和調(diào)度的基本單位，并以此來(lái)提高程序開發(fā)執(zhí)行的程度。近些年，線程的概念已廣泛應(yīng)用，在Windows中就使用的線程的概念。多用戶和多任務(wù)——是允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺(tái)主機(jī)、共享同一個(gè)操作系統(tǒng)及各種系統(tǒng)資源。每個(gè)用戶的應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)成不同的任務(wù)，這些任務(wù)可以開發(fā)執(zhí)行。多用戶及多任務(wù)系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的吞吐量，更有效地利用系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（iRMX）

預(yù)備知識(shí)iRMX是Intel公司為8080和8086微處理器設(shè)計(jì)的一款非常典型的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)由Intel公司在70年代后期開發(fā)，并于1980年面世。上世紀(jì)80年代，iRMX比較廣泛地應(yīng)用在80系列為中央處理器的嵌入式系統(tǒng)上作為系統(tǒng)的開發(fā)編譯平臺(tái)。iRMX系統(tǒng)采用INTEL公司的PL/M高級(jí)語(yǔ)言及相應(yīng)的系列編譯器，調(diào)試器作為開發(fā)編譯調(diào)試環(huán)境。IntelReal-timeMultitaskingeXecutive第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)iRMX操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（iRMX）

核基本I/O子系統(tǒng)應(yīng)用加載程序擴(kuò)展I/O子系統(tǒng)人機(jī)接口圖5-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)備知識(shí)

iRMX操作系統(tǒng)的核是系統(tǒng)的心臟。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，任務(wù)調(diào)度等重要功能與性能都是基于核實(shí)現(xiàn)的。其主要功能包括：目標(biāo)管理——控制系統(tǒng)資源訪問，實(shí)現(xiàn)任務(wù)間的通信。任務(wù)調(diào)度——按基于優(yōu)先級(jí)搶占方式調(diào)度任務(wù)。中斷管理——按基于中斷優(yōu)先級(jí)原理，響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)中斷處理。第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(iRMX)iRMX操作系統(tǒng)的核iRMX的核心程序中用到兩類處理程序：異常處理程序和中斷處理程序。對(duì)應(yīng)于每個(gè)中斷源，應(yīng)有一個(gè)中斷處理程序。任務(wù)是iRMX操作系統(tǒng)中唯一可活動(dòng)的目標(biāo)，iRMX中任務(wù)的主要特征是任務(wù)優(yōu)先級(jí)與任務(wù)狀態(tài)。iRMX進(jìn)行中斷處理的過程如圖5-5所示：第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(iRMX)圖5-5中斷處理過程第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)預(yù)備知識(shí)Windows是當(dāng)今流行的多任務(wù)操作系統(tǒng)，其多任務(wù)處理可分為兩類：協(xié)同式多任務(wù)和搶先式多任務(wù)處理模式。Windows中調(diào)度的任務(wù)有兩種狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)和等待狀態(tài)。Windows根據(jù)任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)(TDB)鏈表中存放的各個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)信息來(lái)完成任務(wù)調(diào)度。iRMX將所要完成的任務(wù)重新劃分為兩類：前臺(tái)任務(wù)與后臺(tái)任務(wù)。前臺(tái)任務(wù)是必須及時(shí)完成的任務(wù)，而后臺(tái)任務(wù)可以暫緩執(zhí)行。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(iRMX)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)伺服運(yùn)動(dòng)控制對(duì)控制系統(tǒng)的要求

伺服運(yùn)動(dòng)控制是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)在數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。伺服運(yùn)動(dòng)控制對(duì)控制系統(tǒng)的要求可以分成如下幾種形式：（1）點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制（2）連續(xù)軌跡（輪廓控制）運(yùn)動(dòng)控制（3）同步運(yùn)動(dòng)控制預(yù)備知識(shí)PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PC機(jī)通常通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部（并行）總線，即母板總線與外部交換信息，并行總線安裝在主機(jī)箱內(nèi)，總線板上有若干插線槽，插有CPU主板、顯示卡、儲(chǔ)存器和I/O電路的印制板等，伺服運(yùn)動(dòng)控制器就插在此母板的擴(kuò)展槽中?？偩€一般為ISA總線和PCI總線。ISA（industrystandardarchitecture）總線

第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)又稱AT總線，它具有16位數(shù)據(jù)寬度，最高工作頻率為8MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到16MB/s，地址線24條，可尋訪16M字節(jié)地址單元。ISA總線信號(hào)分為總線基本信號(hào)、總線訪問信號(hào)及總線控制信號(hào)?？偩€訪問信號(hào)主要用來(lái)提供對(duì)總線目標(biāo)模塊訪問的地址、數(shù)據(jù)、訪問應(yīng)答控制信號(hào)。PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換PCI總線第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換從1992年創(chuàng)立規(guī)范到如今，PCI總線已成為了計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)總線。PCI總線取代了早先的ISA總線。PCI能從1992用到現(xiàn)在，說(shuō)明他有許多優(yōu)點(diǎn)，比如即插即用、中斷共享等。從數(shù)據(jù)寬度上看，PCI總線有32bit、64bit之分；從總線速度上分，有33MHz、66MHz兩種。改良的PCI系統(tǒng)，PCI-X，最高可以達(dá)到64bit@133MHz，這樣就可以得到超過1GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。PCI總線(1)高速的實(shí)現(xiàn)PCI總線的地址總線與數(shù)據(jù)總線是分時(shí)復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省接插件的管腳數(shù)；便于實(shí)現(xiàn)突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。

(2)即插即用的實(shí)現(xiàn)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換(3)中斷共享的實(shí)現(xiàn)PCI總線的中斷共享由硬件與軟件兩部分組成。硬件上，采用電平觸發(fā)的辦法軟件上，采用中斷鏈的方法(4)可靠性的實(shí)現(xiàn)增加了奇偶校驗(yàn)錯(cuò)(PERR)、系統(tǒng)錯(cuò)(SERR)、從設(shè)備結(jié)束(STOP)等控制信號(hào)及超時(shí)處理等可靠性措施第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換PCI總線雙口RAM第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換雙口RAM是在一個(gè)SRAM存儲(chǔ)器上具有兩套完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫控制線，并允許兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)同時(shí)對(duì)該存儲(chǔ)器進(jìn)行隨機(jī)性的訪問。雙口RAM最大的特點(diǎn)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)共享。一個(gè)存儲(chǔ)器配備兩套獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，允許兩個(gè)獨(dú)立的CPU或控制器同時(shí)異步地訪問存儲(chǔ)單元。因?yàn)閿?shù)據(jù)共享，就必須存在訪問仲裁控制。內(nèi)部仲裁邏輯控制提供以下功能：對(duì)同一地址單元訪問的時(shí)序控制；存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)塊的訪問權(quán)限分配；信令交換邏輯（例如中斷信號(hào)）等。要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和伺服運(yùn)動(dòng)控制器之間的數(shù)據(jù)傳送，必須在PC機(jī)和DSP之間建立起雙向的數(shù)據(jù)交換通道。透過ISA總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換有以下兩種方法：靜態(tài)數(shù)據(jù)傳送和共用伺服運(yùn)動(dòng)控制器上的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。雙口RAM是一種性能優(yōu)良的快速通信器件，適用于多CPU分布式系統(tǒng)及高速數(shù)字的場(chǎng)合。雙口RAM第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PC機(jī)與伺服運(yùn)動(dòng)控制器的信息交換伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的采樣周期第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

采樣周期對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的影響：

采樣周期T的選擇是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題，采樣周期選擇不合適，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)惡化，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，前功盡棄。但是采樣周期的選擇至今沒有一個(gè)統(tǒng)一公式，至于香農(nóng)采樣定理只給出了理論指導(dǎo)原則，實(shí)際應(yīng)用還有些問題，主要是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不好精確地測(cè)量，系統(tǒng)的最高頻率不好確定計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，把一個(gè)連續(xù)模擬信號(hào)，經(jīng)采樣開關(guān)后，變成了采樣信號(hào)，即離散模擬信號(hào)，采樣信號(hào)再經(jīng)過量化過程才變成數(shù)字信號(hào)。如圖5-13所示。采樣過程及采樣函數(shù)的數(shù)學(xué)表示圖5-13第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的采樣周期有離散數(shù)值序列：

式中T為采樣周期，0T,T,2T…為采樣時(shí)刻，f(KT)表示采樣K時(shí)刻的數(shù)值，由于實(shí)際系統(tǒng)，t≤0時(shí)，f(t)=0，所以從t=0開始采樣時(shí)合理的。以后要用的Z變換與脈沖傳遞函數(shù)在數(shù)學(xué)上只能處理脈沖序列，因此引入了脈沖采樣器的概念。采樣函數(shù)的數(shù)學(xué)表示運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的采樣周期第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采樣函數(shù)表達(dá)式為：

(5-1)

理想單位脈沖：

(5-2)當(dāng)沖量為1時(shí)，有： (5-3)當(dāng)t≠kT時(shí)，

，因此f(t)在tkT時(shí)的取值大小沒有意義了，所以式(5-1)可以改寫為獲得理想脈沖采樣函數(shù)的表達(dá)式：

(5-4)采樣函數(shù)的數(shù)學(xué)表示運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的采樣周期第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（1）控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)（2）被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性（3）擾動(dòng)信號(hào)的頻譜（4）控制算法與計(jì)算機(jī)性能對(duì)于伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，要求響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)，采樣周期可以根據(jù)動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)來(lái)選擇。第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的采樣周期采樣周期對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的影響采樣周期的選擇與很多因素有關(guān)，包括：基于PC與基于PLC運(yùn)動(dòng)控制器的比較第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

在伺服運(yùn)動(dòng)控制中，基于PC與基于PLC的伺服運(yùn)動(dòng)控制器經(jīng)常被人們選用。一般認(rèn)為，基于PC與基于PLC的伺服運(yùn)動(dòng)控制器因其性能、重點(diǎn)不同而應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，PC機(jī)的實(shí)時(shí)性明顯優(yōu)于PLC，有些場(chǎng)合僅能使用基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制器。工控機(jī)與PLC性能比較一覽如表5-3所示。工控機(jī)IPCPLC操作性對(duì)于硬件的編程復(fù)雜，可借助軟件擴(kuò)充采用面向用戶的指令，編程方便，以梯形圖為主，程序通用可靠性故障率低，可維修性好，抗干擾性不如PLCCPU是工業(yè)級(jí)專用處理器，抗干擾性特別高。軟件可靠性好移植性受自身限制，可移植性較差適合多種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有較好的移植性工作方式多為中斷處理串行通道順序控制，循環(huán)掃描實(shí)時(shí)性由于PC機(jī)的采用，實(shí)時(shí)性明顯優(yōu)于PLCPLC實(shí)時(shí)性不是很高，要受每步掃描時(shí)間的限制表5-3工控機(jī)與PLC性能比較一覽表基于PC和基于PLC運(yùn)動(dòng)控制器的比較第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工控機(jī)IPCPLC復(fù)雜控制IPC可用于運(yùn)動(dòng)過程、運(yùn)動(dòng)軌跡都比較復(fù)雜，且柔性比較強(qiáng)的機(jī)器對(duì)于諸如伺服電機(jī)告訴高精度多軸聯(lián)動(dòng)，高速插補(bǔ)等復(fù)雜動(dòng)作不太容易實(shí)現(xiàn)適用范圍在中規(guī)模小范圍自動(dòng)化工程中有很好的性價(jià)比適合低成本自動(dòng)化項(xiàng)目和作為大型DCS系統(tǒng)的I/O站接線接線較為復(fù)雜，而且容易出錯(cuò)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中較為不方便接線較為簡(jiǎn)單，配置I/O模塊非常清晰擴(kuò)展性輸入輸出功能強(qiáng)，能在與運(yùn)動(dòng)卡相接時(shí)，也與各種其他外設(shè)、板卡等相連要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對(duì)應(yīng)的程序，比較方便基于PC和基于PLC運(yùn)動(dòng)控制器的比較第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工控機(jī)與PLC性能比較一覽表續(xù)前表基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)按物理結(jié)構(gòu)可以劃分為上位控制裝置、交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3部分。位置指令PC機(jī)參數(shù)設(shè)置狀態(tài)查詢PIDD/A伺服驅(qū)動(dòng)放大器交流伺服電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位置輸出編碼器碼盤接口1、上位計(jì)算機(jī)的選擇2、運(yùn)動(dòng)控制器板卡的設(shè)計(jì)分析常見的DSP算法可歸結(jié)為以下幾類：

·信號(hào)濾波

·信號(hào)變換（時(shí)域到頻域的變換）

·卷積（信號(hào)混合）

·相關(guān)（信號(hào)比較）3、驅(qū)動(dòng)器、反饋元件的設(shè)計(jì)分析4、伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)分析第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例分為主要4類：1.DSP模塊2.FPGA模塊3.D/A轉(zhuǎn)換模塊4.其他模塊基于PCISA的運(yùn)動(dòng)控制卡第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例圖5-20運(yùn)動(dòng)控制卡功能圖(書p147)第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例基于PCISA的運(yùn)動(dòng)控制卡1.DSP模塊TMS320LF2407A是TI公司的16位定點(diǎn)DSP，其主要特點(diǎn)是：采用靜態(tài)CMOS技術(shù)，供電電壓為3.3V，最高40MIPS的指令執(zhí)行速度。結(jié)構(gòu)：多總線、多處理單元、流水線、硬件乘法器。具有高速數(shù)據(jù)處理和邏輯控制能力，能夠較好地完成較為復(fù)雜的控制算法。其主要任務(wù)是完成位置控制和速度控制的PID調(diào)節(jié)。位置控制分為S曲線和T曲線模式。DSP通過其I/O地址空間對(duì)FPGA內(nèi)部的各模塊進(jìn)行統(tǒng)一編址，要訪問某一模塊，只要對(duì)應(yīng)相應(yīng)的I/O地址進(jìn)行讀操作或?qū)懖僮骷纯?。?章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例基于PCISA的運(yùn)動(dòng)控制卡2.FPGA模塊基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例基于PCISA的運(yùn)動(dòng)控制卡第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸出輸入模塊IOB和內(nèi)部連線三個(gè)部分。主要完成4個(gè)模塊的功能：主機(jī)接口模塊，碼盤接口模塊，D/A接口模塊，I/O接口模塊(1)主機(jī)接口模塊主機(jī)接口模塊的主要任務(wù)是完成PC機(jī)和DSP之間的數(shù)據(jù)交換。(2)碼盤接口模塊每路碼盤的A、B、Z三相信號(hào)進(jìn)入碼盤接口模塊。(3)D/A接口模塊①把來(lái)自DSP的16位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的16位②根據(jù)譯碼電路產(chǎn)生4路DAC中某一路的片選信號(hào)(4)I/O接口模塊主要功能是對(duì)I/O輸入輸出進(jìn)行統(tǒng)一管基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例基于PCISA的運(yùn)動(dòng)控制卡第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)3.D/A轉(zhuǎn)換模塊由2片AD1866和1片OP497構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換模塊，提供4路模擬電壓輸出，電壓輸出范圍均為±10V。4.其他模塊如：差分整形模塊，光電隔離模塊基于PC的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)舉例基于PCISA的運(yùn)動(dòng)控制卡第5章基于PC運(yùn)動(dòng)控制板卡的交流伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于PCPCI的運(yùn)動(dòng)控制卡1.PCI局部總線接口設(shè)計(jì)第一步：將PCI總線信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)設(shè)備(運(yùn)動(dòng)控制卡)所需要或可以接受的接口信號(hào)PCI的工作：FRAME#開始——宣布DEVSEL#信號(hào)——接觸IRDY#、TRDY#后——傳送數(shù)據(jù)——解除FRAME#——作業(yè)完成。STOP#信號(hào)可引發(fā)作業(yè)提前中斷。在