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基于DSP芯片和运动控制算法实现开放式并联运动机床的控制系统的设计

电子设计 2019-11-08 07:59 次阅读

并联机床(ParallelMachineTool)又称虚拟轴机床 (VirtualAxisMachineTool)或并联运动学机器,是基于并联机构的新型数控加工设备,实质上是机器人技术、机床结构技术、数控技术等相结合的物,它同时兼顾了机床和机器人的诸多特性,既可以看作是机器人化的机床, 又可以看作是机床化的机器人 。它能够提供机器人的灵活与柔性,又具有机床的刚度和精度,是集多种功能于一体的新型机电设备。

1、并联机床的结构

并联机床结构示意图见图1,它由伺服(步进)电机1、固定平台2、支架3、伸缩杆4、动平台5、铣削头6、工作台7等组成。安装在固定平台和动平台之间的伸缩杆由伺服电机(或步进电机) 驱动,带动伸缩杆内的滚珠丝杠和螺母运动,使伸缩杆的长度发生变化。由于各伸缩杆(一般为6杆或3杆)的长度发生变化,使得动平台的位姿发生变化,多个伸缩杆共同运动,驱动动平台实现上升、下降、翻转等运动,带动铣削头实现工作所需的各种运动。各伸缩杆采用相互独立的伺服驱动装置驱动 。

2、开放式的控制系统结构

对于并联运动机床来说,其最大特点就是机械结构非常简单,而控制却异常复杂。并联运动机床的控制系统必须采用开放式结构。目前,国内外的开放式数控系统主要有如下3种结构形式 。

基于DSP芯片和运动控制算法实现开放式并联运动机床的控制系统的设计

2.1、专用CNC十PC型

即在传统的非开放式的专用数控系统中嵌入机,使得整个系统可以共享一些计算机软硬件资源 。部分完成系统管理等非实时控制任务,实现辅助编程、分析、监控和编排工艺等功能;CNC部分负责完成插补计算、伺服控制以及I/O控制等一些实时控制任务。这种结构形式的数控系统其开放性只在机部分,其专业的数控部分仍处于封闭状态,不能实现CNC内核的开放,此类结构形式一般为主流数控系统厂商所采用。

2.2、 PC+运动控制

卡这种基于开放式运动控制卡的系统结构是以通用微机为平台,以标准插件形式的开放式运动控制卡为控制核心。通用PC机实现数控程序编辑 、人机界面管理、外部通信等功能,运动控制卡负责机床的运动控制和逻辑控制。它支持用户的二次开发和自主扩展,既具有PC机的开放性,又具有专用数控模块的开放性,可以说它具有上、下两级的开放性。

2.3、纯PC型

即全软件形式的PC机数控系统,该系统是指的全部功能均由PC机进行处理, 并通过装在扩展槽中的伺服接口卡对伺服驱动等进行控制。其软件的通用性好,编程处理灵活,但存在着操作系统的实时性、标准统一性以及系统稳定性等问题。目前这类系统正处于探索阶段,还尚未形成产品,但它代表了数控系统的发展方向。

如果着眼于经济型数控并联机床控制系统的设计,选择PC+运动控制卡的开放式数控系统是当前最为理想的。以PC机和运动控制卡为控制系统核心,直接将系统平台构筑于PC机的软硬件基础之上,驱动元件为步进电机,系统在Windows环境下用VC++ 语言实现,软件的设计采用面向对象的方法。

3、基于PCI总线的并联机床运动控制卡设计

并联机床运动控制卡通过控制机床各个驱动杆实现主轴的运动,控制轴数较多,同时还要得到所要求的刀具运动轨迹。要实现刀具的高速、高精度轨迹控制,运动控制卡和PC机存在着大量的数据交互,传统的方式是采用ISA总线进行,由于ISA总线带宽限制,数据传输速度慢,使PC机在数据传输方面花费的时间较多,从而在其它方面的处理时间相对缩小。本系统实现运动控制卡与PC机通信,能够达到很高的数据传输速率,使PC机的处理能力大大增强,从而保证了数控系统的实时性,并且使开发相应的基于平台的数控软件更容易,和配套的其它软件的接口更方便。

控制系统硬件组成图见图2。该系统采用的是公司的32位定点DSP芯片TMS320VC33 。DSP芯片负责接受PCI局部总线的命令和参数,然后通过运动控制算法完成对步进电机的精确运动控制,同时芯片还负责将反馈信息传输给PCI局部总线,并且控制系统外围I/O模块。DSP与PC机的通信通过桥接芯片CY7C09449PV实现。

基于DSP芯片和运动控制算法实现开放式并联运动机床的控制系统的设计

3.1、CY7C09449PV与PC机的连接

总线是目前应用最广泛、最流行的一种高速同步总线,具有64位总线宽度,工作频率33MHz,最大传输速率可以达到132Mb/s。它可将外设直接挂到主机CPU局部总线上并以CPU速度运行,可以大大提高外设的运行速度。DSP与PC机的通信通过连。CY7C09449PV是Cypress 公司提供的符合PCI2—2总线规范的功能完善、价格低廉的双端口RAM 接口芯片。其中,一个端 口是PCI接口,适合与PC机通信;另一端口为本地接口。 它提供主/目标接口, 可以同任何通用微处理器连接,片内有128双端口存储器用于局部处理器与PCI总线数据共享。CY7C09449PV与PCI总线的连接见图3 。

3.2PCI 总线开发方案的实现

专用芯片CY7C09449PV采用3.3V单电源供电,兼容3V和5V的PCI信号环境。电源可由PCI 槽引出,PCI 槽可以提供3.3 V、5V电压,在PCI 槽需特别注意两个引脚 P RS NT1 和,这两个引脚接地和悬空的4种组合直接决定 PCI卡的功率。CY7C09449PV在使用时,某些引脚要加阻值为l kfI ~10kfl的下拉或上拉电阻。根据具体情况, 在该设计中, SCI 、S DA、AIE、/BE[ 2 ] 、RDY —引脚加上拉电阻, TEST—MODE引脚加下拉电阻。

基于DSP芯片和运动控制算法实现开放式并联运动机床的控制系统的设计

TI公司新推出的系列新一代浮点DSP,它是在原来浮点DSP的基础上开发的一个价格更低的版本,该产品以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著的特点。由于它采用了内部1 。 8 V、外部。 3 V供电 ,因而功耗比原有型号降低了大约一个数量级,而且能支持高达150 ×10次/s的运行速度,是需浮点运算的便携式产品中的一种理想的DSP器件 。

作为控制系统的核心, TMS320VC33主要完成实时中断的伺服控制程序,包括对各种底层硬件的操作。它采用32 位局部总线接 口方式, 时钟信号可以是单独提供的时钟源,也可以是 CY7C09449PV提供的 PCI 时钟信号 PCI KOUT[20] 中任意的一个。

4、结束语

并联机床需要控制的轴数比较多,而且牵涉到并联机构的正逆解运算,运算量比较大,采用基于总线的运动控制卡,整个数控系统的任务就由PC机和运动控制卡来共同承担,在开放式数控系统中能够发挥出理想的运动控制性能。随着数控系统的普及和产品档次的提高,这种运动控制卡将会有广泛的应用前景 。

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3是一款同步降压转换器,经过优化,可为一节锂离子电池或三节碱性/镍镉/镍氢电池供电的便携式应用提供不同的子系统。这些器件能够在外部可调电压下提供高达2 A的电流。采用3 MHz开关频率工作可以采用小尺寸电感和电容。输入电源电压前馈控制用于处理宽输入电压范围。同步整流可提高系统效率。 NCV6323采用节省空间的2.0 x 2.0 x 0.75 mm WDFN-8封装。 特性 优势 2.5 V至5.5 V输入电压范围 支持最新电池 3 MHz开关频率 降低输出电感和电容尺寸 最多2 A输出电流 应用 终端产品 计算&外围设备应用 消费类应用 USB供电设备 游戏和娱乐系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 84次 阅读
NCV6323 同步降压转换器 3 MHz 2 A.

LV5636VH 用于BS / CS天线的DC-DC升压转换器

VH集成了1ch DC / DC升压转换器和1ch LDO。它适合作为LCD / PDP电视和BD录像机的BS / CS天线的电源,当输出短路时需要自动恢复而不会造成IC损坏和故障。 特性 优势 提升模式:软启动功能(t = 2.6ms) 可降低冲击电流 升压:脉冲过电流保护功能 过电流保护 升压模式:短路保护功能(恒定定时器: 1.6ms) 短路保护 LDO模式:过流限制器(折返特性) 可以限制过电流 常见:欠压锁定 防止欠压不稳定运行 常见:热关闭 热保护 常见:电源良好功能加上电源良好延迟时间设置 稳定性操作 常见:输出电压可从两种电压中选择功能 可以选择输出电压 应用 终端产品 升压转换器连接的LDO功能 BS / CS抛物线天线的电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 00:02 142次 阅读
LV5636VH 用于BS / CS天线的DC-DC升压转换器

LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

7是一款高电流双输出DC-DC转换器,可产生正电压和负电压。 LV52117特别适用于LCD显示器等电源应用。 特性 集成1.5MHz同步升压和逆变器转换器 2.75V至4.6V输入电压范围 4.6V至5.8V可调正输出(VDCO1) -5.8V至-4.6V可调负输出(VDCO2) 输出电流高达100mA 脉冲跳跃模式低负载条件 过流/短路保护 终端产品 液晶面板 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-30 00:02 90次 阅读
LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 103次 阅读
KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

NCV8720 LDO稳压器 350 mA 超低压降 高PSRR 带偏置轨

0是一款350 mA LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCV8720具有低IQ消耗。 NCV8720采用WDFN6 2 mm x 2 mm封装,可润湿侧面选项可用于增强光学检测。 类似产品: NCV8130 NCV8133 NCV8135 NCV8720 输出电流(A) 0.30 0.50 0.50 0.35 PSRR f = 1 kHz(dB) 65 70 73 65 压差电压(V) 0.075 0.140 0.053 0.110 Wettable Flank 否 否 是 是 特性 优势 Typ的超低压降。 110 mV 允许节省功耗,并以非常低的Vin-Vout电压工作。 固定输出电压选项从0.8 V到2.1 V 低压Vcore应用的最佳选择 典型的110 mV压降完整的350 mA负载。 最大限度地减少调节器的功率损耗 保证输出电流从0 mA到350 mA 高电流应用的最佳选择 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用程序 输出电流超过350 mA 应用 终端产品 Automot ive 电池供电...
发表于 07-29 23:02 107次 阅读
NCV8720 LDO稳压器 350 mA 超低压降 高PSRR 带偏置轨

NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 68次 阅读
NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...
发表于 07-29 22:02 175次 阅读
NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td> 60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 保证输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...
发表于 07-29 22:02 181次 阅读
NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 157次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 21:02 156次 阅读
LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 66次 阅读
NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 100次 阅读
NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 164次 阅读
LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 172次 阅读
NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 68次 阅读
NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 18:02 104次 阅读
NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 71次 阅读
NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 324次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5