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数控机床是现代制造系统的基础和核心,而先进的数控技术是解决机床制造业持续发展的关键,同时也是提高国家综合国力和国防现代化的重要战略性基础技术。世界各先进工业国家纷纷将研制更高性能的数控系统体系结构列入重点发展计划,提高我国数控系统的灵活多变性、可扩展性、可移植性、互操作性、互交换性、可重用性已成为迫切的需要。
本文采用的嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。嵌入式系统是一类以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、适应于应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。在数控系统的应用中,嵌入式数控系统开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点。因而嵌入式数控系统在数控领域会有良好的发展前景。
在传统的数控系统架构中,运动控制器和伺服电机的运动控制接口都是采用并行的模拟方式,但是它有许多缺点:对噪声敏感,容易漂移,分辨率低,使得接线复杂,布线成本高。幸运的是,随着数控技术的发展,数字驱动技术出现了。这是数控技术发展史上的一个重要的里程碑。
本文采用数字伺服控制方式,使所有指令值和实际值能在一个微处理器内完成处理,能在极短的时间内完成精差补,实现位置环控制。本文采用大规模可编程芯片FPGA作为运动控制器的主控芯片,实现上位机与数字伺服装置之间的数据通讯。数字化的运动控制接口简化了硬件设计,提高了数控系统的可靠性。另外,在充分分析了嵌入式数控系统的各软件模块功能的基础上,本文采用具有高可靠性和高实时性的RTLinux作为操作系统平台,开发了对应于数字控制的驱动程序。
根据实际运行效果,本文的数字化控制下的嵌入式数控系统可靠性好,实时性高,而且具有良好的可移植性和可裁减性,便于根据实际需求进行功能的扩展和裁减。数控系统软、硬件平台的设计达到了预期的目标。