[工学]第六章 智能光电系统应用实例.pptVIP

激光飞动标刻 课题研究意义 1、通过自行设计的基于DSP和FPGA的运动控制系统能对加工图像数据进行实时的计算、高速的处理和高精度、高速的输出，使加工效果更好。 2、替代传统的以单片机为核心的控制系统，将数值运算和处理下放到DSP中，可以减轻上位机的负担。 3、基于FPGA的激光能量实时控制系统能够更好的、更精确的控制加工中的激光能量输出而不至于在加工中出现激光能量分布不均导致的加工效果不好。 4、在以FPGA为核心的精插补运算中，可以实现一次、两次甚至高次曲线插补，适合多坐标轴的联动控制。其输出的脉冲更具均匀性，使电机的运动更具平稳性，从而使加工的效果更好。 基于DSP和FPGA的运动控制技术的特点 1、高速的数值运算能力 2、高精度的运动控制能力 3、执行部件更具平稳性 运动控制系统结构框图 DSP在控制系统中的功能 1、负责于上位机通信。 2、对图形数据进行读取和存储。 3、对图形数据进行必要的运算和处理，生成符合FPGA所需要的加工数据。 4、与FPGA进行通信、实现数据的传输，提供加工数据。 FPGA在激光加工控制系统中的功能 1、与DSP的连接，即与DSP基于双端口RAM的通信，实现DSP与其的数据传输。 2、对DSP的接口进行扩展。由于DSP的I/O口的数量是有限的，所以必须利用FPGA对其进行相应的接口扩展。 3、将DSP所处理的图形数据进行精插补，最后以脉冲的形式输出，控制步进电机的动作。即实现精确的轨迹规划功能。 4、利用FPGA的可编程逻辑特性实现了占空比和频率均可调的PWM波，实现了加工中的能量实时控制。 FPGA开发工具 1、DXP2004 用于制作印制电路板 2、Quartus 5.0 用于生成FPGA所需的配置文件 3、Modelsim5.8 用于对所实现的FPGA进行仿真和验证。 FPGA开发流程 FPGA芯片的配置 三种配置模式： 1、AS配置模式； 2、JTAG配置模式； 3、PS配置模式； 对三种配置模式的选择是通过对FPGA芯片上的MSEL引脚的高低电平来实现。我们选择前面两种配置模式，即AS配置模式和JTAG配置模式，将MSEL的引脚接为低电平即可。 AS配置模式 AS配置模式的电路图： JTAG配置模式 JTAG配置模式电路图： 实时能量控制系统中FPGA各个功能模块单元的实现 1、寄存器单元模块的设计 2、计数单元模块的设计 3、占空比可调的PWM波输出模块的设计 占空比可调的PWM波输出模块的设计 1、所实现的PWM的频率范围在100HZ到20KHZ，占空比是在0至100％之间连续可调的。 2、通过拨码开关来控制所需要的频率和占空比。 3、K1表示的是脉冲幅值为1的部分，而K2表示的是一个脉冲的周期（或频率）。 4、占空比输出公式可表示为：occupancy = k1/k2 * 100%. 占空比可调的PWM波输出模块的设计 利用quartus5.0 自带的仿真工具对该模块单元进行仿真得到的仿真图（实现的是占空比为80％，频率为10KHZ的PWM输出）： 占空比可调的PWM波输出模块的PCB 基于DSP和FPGA的CNC高速精确轨迹规划 1、参数接受模块的设计 2、译码单元模块的设计 3、加、减速控制模块的设计 4、时钟发生器模块的设计 5、脉冲计数模块的设计 6、积分模块的设计 7、进给脉冲输出模块的设计 参数接收模块的设计 参数接收模块的实现主要是通过多个寄存器、命令缓冲器、状态缓冲器和片选信号来实现的。 寄存器包括: R1(用于记录当前位置)； R2(用于记录加速时速度的起始值或降速 的目标值）； R3(用于记录加速时速度的目标值或降速的 起始值)； R4(用于记录加速过程中的加速度值)； R5(用于记录降速过程中的加速度值)； R6(用于扩展功能)； R7(用于存储不同速度所对应的脉冲频率的分频系数) 命令缓冲器 启动模式 控制模式 输出模式 译码单元模块的设计 FPGA的一个常用的功能就是对DSP的地址信号进行译码产生相应的片选信号。下图是通过FPGA实现DSP对AD669的读写控制。 译码单元模块的设计 通过FPGA产生的片选信号的时序仿真图： 加、减速控制模块