一种脉冲型数控装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种数控机床领域的一种对伺服电机采用位置型控制的方法，具体地 说是一种采用脉冲型输出量对伺服电机进行控制的方法。
【背景技术】
[0002] 随着高速DSP器件的技术进步，成本的不断降低，数字式伺服已经成为行业的主 流。传统的数控装置对伺服驱动器的控制方法采用模拟量输出的速度值控制。位置环控制 由数控装置完成，但这种控制方法对小线段高速木工加工的效果不是很理想。所以现在主 流的做法是利用伺服驱动器的DSP上完成位置环控制。
[0003] 现在的伺服驱动器普遍提供模拟量控制和脉冲量控制两种控制方法，采用脉冲型 控制的技术难点在于，由于采用脉冲量的数控装置不参与位置环控制，底层硬件无法对周 期抖动现象有一定的纠正功能，脉冲输出无法满足占空比为1:1的条件，无法保证电机运 行的平稳性，。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种具有自适应功能，脉冲量输出占空比为1:1 的脉冲型数控装置及方法。
[0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0006] 一种脉冲型数控装置，包括操作站通过操作站接口电路连接到CPU单元，键盘通 过键盘接口电路连接CPU单元，液晶显示屏连接CPU单元，FPGA模块一端所述CPU单元，另 一端连接分别通过脉冲接口电路和编码器接口电路连接到伺服驱动器，I/O接口电路连接 到所述FPGA模块，所述FPGA模块包括GPMC接口模块、I/O模块、脉冲发生模块和编码器信 号处理模块；所述GPMC接口模块连接CPU模块，接收CPU模块的指令信息；
[0007] 脉冲发生模块一端连接GPMC接口模块，通过GPMC接口模块接收CPU模块发出的 位置指令，并将指令信息转化为方波信号；另一端连接脉冲接口电路，输出方波信号；
[0008] 所述编码器信号处理模块一端连接编码器接口电路，接收外部编码器输入信号； 另一端连接所述GPMC接口模块，用于将伺服驱动器发出的速度信号转换为CPU模块识别的 数字量信号，且通过GPMC接口模块将数字量信号传送给CPU模块；
[0009] 所述I/O模块一端连接GPMC接口模块，通过GPMC接口模块与CPU模块通信，另一 端连接I/O接口电路，接收输入和输出信号。
[0010] 所述脉冲发生模块包括数字信号处理模块，脉冲变频处理模块，脉冲反馈量处理 模块；
[0011] 所述数字信号处理模块一端连接GPMC接口模块，接收CPU模块的数据，另一端连 接脉冲变频处理模块和脉冲反馈量处理模块
[0012] 所述脉冲变频处理模块连接数字信号处理模块，接收数字信号处理模块发出的脉 冲数量值，并将脉冲数量值转换成占空比为1:1的方波信号；
[0013] 所述脉冲反馈量处理模块一端连接所述脉冲变频处理模块，接收脉冲变频处理模 块发出的方波信号，另一端连接数字信号处理模块，接收来自数字信号处理模块的脉冲数 量值并将脉冲差值反馈给数字信号处理模块。
[0014] 一种脉冲型数控方法，FPGA模块中的编码器信号处理模块通过编码器接口电路接 收外部编码器输入信号后发送到GPMC接口模块，将伺服驱动器发出的速度信号转换为CPU 模块识别的数字量信号，且通过GPMC接口模块将数字量信号传送给CPU模块；
[0015] CPU模块接收GPMC接口发送的位置信息，并在液晶屏上显示轴运动信息；CPU模块 根据加工文件计算出每个周期的插补位置，将处理后的位置信息发送到FPGA中的GPMC接 口模块；
[0016] 脉冲发生模块接收GPMC接口模块发送的位置信息，并将位置信息转化为方波信 号，通过脉冲输出接口电路发送到伺服驱动器，控制伺服电机的运动。
[0017] I/O模块通过GPMC接口模块与CPU模块交互I/O信息，且通过I/O接口电路与外 部电器信号实现数据交互。
[0018] 键盘通过键盘接口电路向CPU模块发出控制指令信号。
[0019] 操作站通过操作站接口电路向CPU模块发出操作指令信号。
[0020] 所述位置命令信息转化为脉冲输出量包括以下步骤：
[0021] 数字信号处理模块接收CPU模块传来的位置信息，同时接收脉冲反馈量处理模块 发送的位置差值信号，计算出脉冲数量值，将脉冲数量值发送给脉冲变频处理模块和脉冲 反馈量处理模块；
[0022] 脉冲变频处理模块接收数字信号处理模块发送的脉冲数量值，将脉冲数量值转换 成占空比1:1的方波信号发送到脉冲接口电路；
[0023] 脉冲反馈量处理模块接收脉冲变频处理模块输出的方波信号，并将方波信号与数 字信号处理模块中发送的脉冲数量值进行比较，若当前周期发出的脉冲数量值小于计算 值，则算出位置差值信号，将位置差值信号反馈给数字信号处理模块，则数字信号处理模块 在下一周期根据位置差值和CPU模块发送的位置信息重新计算当前周期的脉冲数量值。 [0024] 所述脉冲数量值的计算方法为：
[0025]
【主权项】
1. 一种脉冲型数控装置，包括操作站通过操作站接口电路连接到CPU单元，键盘通过 键盘接口电路连接CPU单元，液晶显示屏连接CPU单元，FPGA模块一端所述CPU单元，另一 端连接分别通过脉冲接口电路和编码器接口电路连接到伺服驱动器，I/O接口电路连接到 所述FPGA模块，其特征在于：所述FPGA模块包括GPMC接口模块、I/O模块、脉冲发生模块 和编码器信号处理模块；所述GPMC接口模块连接CPU模块，接收CPU模块的指令信息； 脉冲发生模块一端连接GPMC接口模块，通过GPMC接口模块接收CPU模块发出的位置 指令，并将指令信息转化为方波信号；另一端连接脉冲接口电路，输出方波信号； 所述编码器信号处理模块一端连接编码器接口电路，接收外部编码器输入信号；另一 端连接所述GPMC接口模块，用于将伺服驱动器发出的速度信号转换为CPU模块识别的数字 量信号，且通过GPMC接口模块将数字量信号传送给CPU模块； 所述I/O模块一端连接GPMC接口模块，通过GPMC接口模块与CPU模块通信，另一端连 接I/O接口电路，接收输入和输出信号。
2. 根据权利要求1所述的一种脉冲型数控装置，其特征在于： 所述脉冲发生模块包括数字信号处理模块，脉冲变频处理模块，脉冲反馈量处理模 块； 所述数字信号处理模块一端连接GPMC接口模块，接收CPU模块的数据，另一端连接脉 冲变频处理模块和脉冲反馈量处理模块； 所述脉冲变频处理模块连接数字信号处理模块，接收数字信号处理模块发出的脉冲数 量值，并将脉冲数量值转换成占空比为1:1的方波信号； 所述脉冲反馈量处理模块一端连接所述脉冲变频处理模块，接收脉冲变频处理模块发 出的方波信号，另一端连接数字信号处理模块，接收来自数字信号处理模块的脉冲数量值 并将脉冲差值反馈给数字信号处理模块。
3. -种脉冲型数控方法，其特征在于： FPGA模块中的编码器信号处理模块通过编码器接口电路接收外部编码器输入信号后 发送到GPMC接口模块，将伺服驱动器发出的速度信号转换为CPU模块识别的数字量信号， 且通过GPMC接口模块将数字量信号传送给CPU模块； CPU模块接收GPMC接口发送的位置信息，并在液晶屏上显示轴运动信息；CPU模块根据 加工文件计算出每个周期的插补位置，将处理后的位置信息发送到FPGA中的GPMC接口模 块； 脉冲发生模块接收GPMC接口模块发送的位置信息，并将位置信息转化为方波信号，通 过脉冲输出接口电路发送到伺服驱动器，控制伺服电机的运动。
4. 根据权利要求3所述的一种脉冲型数控方法，其特征在于：1/0模块通过GPMC接口 模块与CPU模块交互I/O信息，且通过I/O接口电路与外部电器信号实现数据交互。
5. 根据权利要求3所述的一种脉冲型数控方法，其特征在于：键盘通过键盘接口电路 向(PU模块发出控制指令信号。
6. 根据权利要求3所述的一种脉冲型数控方法，其特征在于：操作站通过操作站接口 电路向CPU模块发出操作指令信号。
7. 根据权利要求3所述的一种脉冲型数控方法，其特征在于：所述位置命令信息转化 为脉冲输出量包括以下步骤： 数字信号处理模块接收CPU模块传来的位置信息，同时接收脉冲反馈量处理模块发送 的位置差值信号，计算出脉冲数量值，将脉冲数量值发送给脉冲变频处理模块和脉冲反馈 量处理模块； 脉冲变频处理模块接收数字信号处理模块发送的脉冲数量值，将脉冲数量值转换成占 空比1:1的方波信号发送到脉冲接口电路； 脉冲反馈量处理模块接收脉冲变频处理模块输出的方波信号，并将方波信号与数字信 号处理模块中发送的脉冲数量值进行比较，若当前周期发出的脉冲数量值小于计算值，则 算出位置差值信号，将位置差值信号反馈给数字信号处理模块，则数字信号处理模块在下 一周期根据位置差值和CPU模块发送的位置信息重新计算当前周期的脉冲数量值。
8. 根据权利要求7所述的一种脉冲型数控方法，其特征在于：所述脉冲数量值的计算 方法为：
其中P为脉冲数量值，Fdk为基础时钟，F。为插补周期频率，e为位置差值信号，Pm为位 置命令信息。
9. 根据权利要求7所述的一种脉冲型数控方法，其特征在于：若当前周期发出的脉冲 数量值等于计算值，则脉冲变频处理模块停止产生方波信号。
【专利摘要】本发明涉及一种数控机床领域的对伺服电机采用位置型控制方法，具体地说是一种采用脉冲型输出量对伺服电机进行控制的方法，操作站通过操作站接口电路连接到CPU单元，键盘通过键盘接口电路连接CPU单元，液晶显示屏连接CPU单元，FPGA模块一端所述CPU单元，另一端连接分别通过脉冲接口电路和编码器接口电路连接到伺服驱动器，I/O接口电路连接到所述FPGA模块，FPGA模块包括GPMC接口模块、I/O模块、脉冲发生模块和编码器信号处理模块；GPMC接口模块连接CPU模块，接收CPU模块的指令信息。本发明具有自适应功能，节省了系统成本。
【IPC分类】G05B19-414
【公开号】CN104656563
【申请号】CN201310579591
【发明人】王喆, 王超, 李敬新, 何方, 杜少华
【申请人】沈阳高精数控技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月18日