基于USB的离线插补加工模块设计与实现.pdfVIP

· 智能控制技术 · 徐艺臻 赵东标 刘 凯 等 基于USB的离线插补加工模块设计与实现 41 基于USB的离线插补加工模块设计与实现 徐艺臻，赵东标，刘 凯，章永年 (南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016) 摘要：针对部分嵌入式数控系统因为实时处理能力有限而限制 了加工精度的问题，设计 了一种离 线插补加工模块。该模块采用较短的插补周期和高速高精度的插补算法在 PC机上离线生成插 补数据，通过USB将数据动态加栽到系统中，实现高速高精度加工。最后通过实验仿真验证 了 该模块 的可行性 。 关键词 ：离线插补 ；嵌入式；OHCI；传输策略 ， 中图分类号：TP273 文献标识码 ：A 文章编号：1672—1616(2010)17—0041—03 在传统数控系统的加工过程中，插补计算和各 RISC的技术，5级流水线，具有体积小、低功耗、成 个坐标轴的位置控制是实时同步的。这种加工方 本低、性能高等特点。CPLD是一种能让用户根据 法可以称为实时插补加工。实时插补加工面临2 各 自需要而 自行构造逻辑功能的数字集成电路，具 方面的问题 ：一方面，插补周期受到插补计算量的 有编程灵活、集成度高和掉 电后逻辑功能不丢失等 限制，系统无法使用较短的插补周期；另一方面，许 特点。 多精度高、速度控制好的插补算法都需要较大的计 算量支撑，实时计算量限制了优秀插补算法的应 用。对于处理能力有限的嵌入式数控系统，这 2个 总 线 问题更为严重 。 相对于实时插补加工，离线插补加工将允许离 线处理的计算量全部从实时环节中分离出来，改由 离线的PC机完成。借助于处理能力强大的PC 图 1 离线插补加 工模块 的总体设计 机，可以采用高精度、复杂的插补算法和较短的插 系统采用 CPU+CPLD的二级控制 。在本模 补周期，特别对于实现模具、航空等部件 的高速高 块中，CPU主要负责对特定格式离线数据的读取、 精度加工有着重要意义…1。离线插补技术已有一 解析和插补数据的传输，CPLD专注于各个伺服电 些成功的应用方案，这些方案大多采用的是基于 机位置控制和 I／O量的控制与反馈。PC机生成 PC机的开放式数控系统结构[2]。在离线插补加工 的离线数据包含了数控加工代码的所有信息：插补 过程中，PC机不问断地将离线数据传输给运动控 数据、主轴转速、刀具号和辅助功能等。每个插补 制卡。对于嵌入式数控系统，采用PC机传输离线 周期都对应了一组数据，所以离线数据量较大。本 数据的加工方法将大大增加系统成本 。本文设计 模块使用 USB存储设备动态加载数据，不仅减小 的离线插补加工功能模块，采用容量大、成本低的 了内存压力，同时也提高了效率。 USE存储设备作为载体，将离线数据分块、有序、 连续地传输给数控系统，最终实现了嵌入式数控系 2 基于 oHCI规范的USB驱动 统的离线插补加工 。 本设计采用开放式主机控制接 口规范(OHCI) 实现USB设备的驱动。OHCI将较多功能定义在 1 总体设计 硬件中，软件需要处理的内容相对容易，对系统的 本离线插补加工模块总体设计如图 1所示。 处理能力和系统资源的要求低，适用于资源有限的 设 计使用s3C2410作为CPU，该CPU应用 了 嵌入式系统l3J。93C2410对OHCI规范