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DSP和FPGA在大尺寸激光数控加工系统中的运用

时间:2014-12-11  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

  (1)电机从静止状态过渡到行进状态的过程中,由于各机械部件之间存在静摩擦力,可使电机较为平缓地启动,避免了撞击或丢步现象的发生。

  (2)电机进入平稳运行阶段时,可以使用较大的加速度进行速度提升。但是,随着速度的增加,电机的剩余功率将不断减小,此时应不断减缓加速进程。

  (3)电机从行进状态过渡到静止状态的减速过程中,此种拟合方法可以使电机平稳过渡,避免发生撞击。

DSP和FPGA在大尺寸激光数控加工系统中的运用图示

  2.2 复杂图形的分析

  在一幅复杂图形中往往存在很多不连续、不规则的矢量,如果每条矢量的末尾都减速到零,势必会影响加工速度。所以,在分析此类图形时要连带分析当前矢量的前、后图形情况,计算出各矢量的夹角以确定加工此矢量的初始速度及终止速度。表1为工作头进行不同角度转弯时的极限速度。

工作头进行不同角度转弯时的极限速度

 3 FPGA的内部逻辑设计

  从DSP的角度看,FPGA加工模块类似于一个存储器,DSP只需将计算结果写入此存储器中,以后的工作将全部由FPGA来完成。在FPGA加工模块中主要采用了不同类别数据并行读取和双存储器组交替工作的技术。

  3.1数据并行读取

  传统的数据存储器受限于处理器的单任务特性,通常采用单片大容量存储插件电感器单元,这种结构使得系统需要耗费多个读取周期才能得到一组完整的数据。而FPGA的并行工作特性可以突破这种传统的设计形式,将不同类别数据存放于独立的存储单元中。只要在定义数据时将地址对齐就可以在一个读取周期中获得全部数据。运用这种方式可以在读数时间最小化的同时简化编程,也可以使整体程序的结构更加明了。

  3.2 双存储器交替工作

  市场上已有的同类FPGA产品大多采用写入1条数据、执行1条数据的工作方式,这将在数据传输时产生停顿。本系统虽然采用了存储器作为加工数据的缓存,但仅仅依靠这种方式仍然不能解决问题,在DSP写入数据时依然会造成加工停顿。

  图4为双存储器组结构示意图,当系统在执行其中一组存储器中的数据时,DSP可将计算结果写入另一组存储器。由于DSP的运算速度远远高于加工速度,所以双存储器架构可以保证加工不被间断。

双存储器组结构示意图

  图电感器厂家5为FPGA加工程序流程图。可见,在地址对齐的前提下更换存储器组需要改变存储器组选择信电感生产厂家号并将地址计数器清零。此时,FPGA还将用中断的形式通知DSP,使得DSP可以填充新的数据。

FPGA加工程序流程图

4 实验结论

  实验中使用幅面为1.2m×1m的二维工作台,X、Y轴步进电机采用雷塞公司的57HS22并配以M860驱动器。57HS22的步距角为1.8度,额定电流为4A,保持转矩为2.2N.m,定位转矩为700g.cm,电机接法采用并联形式以突出高速性能。电机转子的转动经减速后由齿形带带动工作头做直线运动,转子每旋转一周使工作头移动24mm。

  在实验中分别对PLT文件、DXF文件以及BMP文件作了大量测试,其中PLT文件和DXF文件用于切割测试,BMP文件用于雕刻测试。

  图形文件由PC机软件传送至本系统,随后脱机加工,在切割模式下,长矢量的加工速度可以平稳超过20000mm/min,在雕刻模式下加工速度可以超过30000mm/min。在对一幅含有超过13万条矢量的模压电感复杂图形连续加工5次后,无肉眼可分辨的位置偏差。

  由于本系统采用了DSP进行图形分析,使得系统对复杂图形的处理能力得到了很大的提高。同时,FPGA内部双存储器交替工作的结构也从

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