数控系统的算法仿真及其硬件设计

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2011-4-10 11:21 上传

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数控系统的算法仿真及其硬件设计
摘 要
随着现代制造业的飞速发展，数控系统被广泛应用于现代加工业。数控系统是一种
控制系统。它自动输入载体上预先给定的数字量，并将其译码，再进行必要的信息处理
和运算后，控制机床动作和加工零件。
本文首先在PC(Personal Computer)机上，采用Turbo C 软件完成了对数控系统基本
功能的模拟。包括对数控语言的翻译、界面的开发、点插补、直线插补、圆弧顺时针插
补、圆弧逆时针插补、坐标的跟踪、主轴正转与反转、车刀进给速度的控制以及最终程
序的退出等等。整个系统通过PC 机显示，控制并口输出高低电平。
然后，在PC 机上仿真并设计了一款以DSP(Digital Signal Processor)为主控单元的数
控系统。将在PC 机上完成的仿真算法移植到DSP 芯片当中，在芯片中完成界面实现的
相关算法。首先，设计了数控系统的硬件电路，其中包括DSP 的最小系统电路、电源
模块、串口通信模块、外围电路。其中外围电路包括：电机接口电路、译码电路、中断
电路、编码器脉冲差分接收电路、时钟电路。其次，为提高硬件集成度和可靠性，运用
CPLD(Complex Programmable Device)进行了系统集成性开发，并作为主控芯片外围电路
的核心部件。系统主要运用CPLD 进行原理图设计的方法来完成编码器四倍频鉴向电路
和30 位的计数电路的功能，并在Quartus Ⅱ中进行了仿真。
结合前面设计的系统以及PC 机界面仿真，针对刀具中心控制存在的刀具半径补偿
问题，本文采用matlab 软件对刀具半径补偿算法进行系统的研究。基于刀具半径补偿原
理，在matlab 中仿真并实现了一种新型的刀具半径补偿算法，该算法能有效剔除在缩短
型刀具半径补偿情况下产生的冗余刀位点。
关键词：数控系统；CPLD；DSP；刀具半径补偿