南京工程學院畢業設計(論文)外文資料翻譯原文題目：A of 009 千喻學號：231120416所在院(系)部：工業中心專業名稱：機械設計及其自動化一種新的可重構邏輯的數控車床控制器作者： , 要：可重構器件已發展到在計算機上實現數字控制（統。可重構器件提供而，少數工作是在可重構邏輯數控車床中實現的。本文開發了數控車床螺紋中的同步運動和可重構邏輯的一個新的重采樣算法。一個實驗系統構建和測試結果驗證所提出的架構。關鍵詞：數控車床，可重構邏輯，重采樣，車絲一引言計算機數控（廣泛應用于現代工業。作為該機的控制中心，速度，精度和穩定性的機加工性能。在加工速度和精確度的快速增加，傳統的基于軟件的重配置硬件的引入解決了這個問題。可重構硬件有助于在許多方面的數控系統。首先，控制算法可以通過硬件具有高執行效能實施。設計者可以采取硬件的并行結構的優點，以加速的算法。此外，時間執行能力的硬件能夠理想的實現有效控制。其次，可重配置硬件提供了設計者的靈活性。由于可重構硬件的可編程特性，設計者可以定制品種各界集成到一個單芯片容易和快速。第三，可重配置硬件提供修改或更新在先前版本的硬件設計的可能性。即使控制器已被交付給用戶，硬件邏輯仍然可以修改，以滿足新的要求。可重構硬件在運動中的研究最近已開發了控制系統。有些工作的重點位置控制器的設計，陳等人。實施使用分布式算法（案1現場可編程門陣列（等人。一個三級位置前饋追加到硬件。趙等人。比較了多，王等人。設計了一種基于。蘇等人。實現的控制算法5。在數控控制器等功能也進行了研究。現與數控和機器人應用6沖擊限制了基于多項式的硬件配置文件生成器。尤曾家麗等人。在。然而，缺乏對數控車床控制器，這是本文的重點實施可重構器件的工作。本文開發了數控車床螺紋中的同步運動和可重構邏輯的一個新的重采樣算法。如下本文將結構;在第2節，一個數控控制器和車絲過程的體系結構將討論;在第3節，重采樣方法的原理將出臺;在第4節，可重構邏輯的硬件設計進行說明;在第5，使用所提出的方法的數控車床控制器的示例將提交。二架構包括四個控制層8：智能控制，運動控制，設備控制和物理設備。人機界面（經營者進行交互，并調用智能控制層做加工工作。在智能控制層中，輸入器指令是由運動控制層，它由內插器和一個離散事件控制模塊的執行。內插器根據所需的運動指令和速度分布生成位置指令。其他指令，如工具選擇和冷卻劑控制，通過離散事件控制模塊處理。設備控制層操作的物理設備來實現加工過程。它集成一個軸控制模塊和離散輸入/輸出控制模塊。在本文的研究中，在設備控制層是通過使用一個重新配置的設備中實現。于數控車床，運動功能分為兩類：正常的運動和主軸同步運動。正常運動在輪廓加工使用，而在主軸同步運動在車絲過程中使用。正常運動的原理類似于在一個銑床的運動，已成功地實現了對由其他研究人員可配置器件。本文著重對主軸同步運動的可重構硬件。控車床維持螺紋精度，進給運動必須與主軸旋轉同步，如圖（1）中。），米）的引線。F=1)增量式旋轉編碼器安裝于主軸以確定其角度。作為主軸旋轉時，編碼器產生的該偏移90度的相位彼此如圖信號的兩個通道（論是位置和旋轉方向可跟蹤。編碼器還提供了一個索引信號，其中每轉脈沖一次，作為角度位置的參考點。3示出在車絲過程9刀具路徑的一個例子。當主軸旋轉時，切割器移動到點1。然后，控制器等待索引信號來確定的所述主軸的所述絕對位置。一旦主軸旋轉到所需的位置，車絲過程將開始與在進料方向上的加速度的移動。在加速，線程是不是精度。當加速度終止于點2，進料速度到達期望的速度和進給運動將與主軸同步。車絲過程結束之前，切割器將開始在點3減速的螺紋也是不減速時的精度。最后，該車絲過程停止在點4和刀具從工件移開。軸速度可以在車絲過程波動。根據（1），進料速度應該遵循主軸速度。車絲過程可能需要多個路程，以限制材料去除率或創建多個線程啟動。刀具也可能改變在一個特殊的線程。因此，在車絲過程中，沿進給軸的運動必須與主軸的角位置同步。解決這個問題的傳統方法可以被描述為以下步驟：1）在每個電機控制周期，采樣主軸位置。2）用插補計算新的刀具線輪廓位置。3）更新各軸的指令位置。4）返回到步驟1，如果車絲過程沒有完成。上述步驟必須在一個馬達控制被執行每一次，因此所有的步驟必須以實時完成循環。然而，如果實時執行由軟件執行時，控制算法的開銷高，這是很難實現短的控制周期。此外，實時軟件執行需要額外的處理器時間，以切換之間的真實時間任務和其他任務。中央處理器時間的比比長，任務的切換將非常大，周期相對較短。出了重采樣方法車絲時，為了避免內插算法的實時執行。此外，可重新配置的硬件被用于電動機控制等實時功能。圖4演示了重采樣方法的原理：插器以恒定的速度假定主軸運行。因此，在每個周期中，主軸旋轉是固定的。然后插入刀位置來確定螺紋齒形。由于不需要實際的插補器主軸位置，插補可以在電機控制周期前確定。2）在電動機控制循環中，通過重采樣的位置曲線所生成的位置指令。該位置的曲線是用直線連接每個插位置重建。雖然主軸的角位置的增量可以改變，該命令位置可以通過重新采樣來獲得。主軸的位置由來自旋轉編碼器的脈沖計數測量。因此，在各電動機控制周期主軸位置的增量脈沖當量的整數倍。我們可以選擇其中一個正整數。在兩個連續的插值倍假設主軸定位Q）N+X，和對于進給軸對應的內插位置是一個和中，由于位置曲線由重建線性函數，在時間間隔內的位置的函數可以被寫為作為主軸位置由編碼器脈沖的計數表示的，在第（p（3）只能取離散值，讓代（2）和（4）代入（3），我們得到等式（5）可以進一步寫成增量形式等式（6）是用于重采樣方法的算法。該算法涉及加法和除法。在計算中，如果此，重采樣算法非常簡單，它是適合于由硬件來實現。通過假設主軸以一定速度旋轉時，相當于插補周期7可確定為如下其中式（8），我們可以看到，插補周期是獨立于電機控制周期。選擇較大的以可以減少計算量。然而，大的此，重構邏輯許多的數控任務可以由硬件或由軟件來實現。用可編程邏輯器件（如現場可編程門陣列（復雜的發展可編程邏輯器件（越來越多的控制功能可以由硬件來實現。硬件的并行性質允許控制算法在實時運行。此外，供了一個可以被開發和修改的快速靈活的硬件平臺。于每一個進給軸，有一個軸緩沖器，重新采樣器，指令位置多路復用器和馬達控制器。為了簡化設計，只有位置的增量被用于位置數據的傳輸。本方法避免了使用絕對位置，從而節省了在不同模塊之間的數據交換的位線。每個軸包含位置數據的兩個數據路徑。數據路徑是由命令位置復用器根據控制模式中選擇。在正常模式中，重新采樣器旁路和用于運動控制器的命令位置由軸緩沖器提供。在穿帶模式中，重新采樣施加位置曲線的采樣。此，下一個內插的位置，可以從軸線緩沖器立即加載。然后，新的內插位置可以存儲到緩沖一次。重新采樣進行重采樣算法。在兩個通道的重新采樣由采樣控制模塊控制。重采樣控制器根據主軸位置控制重采樣過程。運動控制器實現了位置控制算法，并提供接口向馬達驅動器。幾種控制算法可用，如數字微分分析器（這項研究中，些互補的模塊也納入軸編碼器適配器是接口主軸編碼器。數字濾波器被集成在適配器以防止噪聲的影響。離散I/斷控制模塊用于當特定事件發生時，產生中斷信號給時鐘控制模塊提供時鐘信號給其它模塊。運動控制器和其他配套模塊的硬件實現了文獻中已全面討論，本文的其余部分將在實現重采樣算法的討論。主軸編碼器適配器的信號被用來確定主軸的位置。為了得到高的分辨率，輸入脈沖頻率翻了兩番。加工開始前，相位被裝載到相位偏移偏移寄存器及相位輸出比較低。因此，與門的輸出為低。當啟動信號到達時，相位計數器將等待索引信號。索引信號的到來之后，相位計數器開始計數輸入脈沖。當脈沖計數匹配相位偏移，相位輸出比較意愿變高。的四倍編碼器輸入信號將經過與門作為時鐘進行加法運算。重新采樣將執行加（6）當特計數器。它需要除了次溢出。當溢出發生時，在負荷信號設置和重采樣將加載新的內插位置形成軸緩沖。個加法器和三個寄存器。該移位器用來執行在（6）的除法運算。在這項工作中，我們選中N=5，輸入新采樣器的輸出是一個8位的定點數。的位移獲得。當在負荷信號到來時，新的加法器使用做在（6）的加法運算。每次加入果電機控制器需要下一個命令的增量位置，著，再采樣位置，鎖定在此，在驗數控系統的示意圖示于圖。實時的部分和實時一個和非實時部分包括一個32位的速存儲器，信端口和一個調試單元。非實時部運行制軟件包括用戶界面，解釋器，內插器，順序邏輯，通信，時部的硬件包括一個8位個雙端口個個D/端口中包括內插位置。將其發送到時重新配置的控制邏輯是在D/9示出在實驗系統，主軸編碼器的分辨率為4800脈沖每轉（后四人間）。些加工程序都在該控制器上進行測試來檢查建議的可重構邏輯。一個分析程序在正常模式下測試直線和圓弧飼料的功能，而其他三個方案驗證在線程模式下的重采樣算法。軸轉速被設定為500據（8），10示出在測試中車絲過程。圖11表示成品零件。所有的測試程序和預期一樣。結果表明，該架構是可行的數控車床控制器。0 22 160 30 30鉛（ 過利用可重構邏輯，電動機控制任務和重新采樣算法，可以由硬件實現。可重配置硬件增強了數控系統的性能。而且，這種結構允許車絲之前要計算的內插點，從而消除了需要在實時運行插值。通過以間歇方式運行的內插，在實時上下文切換開銷被降低，和一個更高的數據吞吐量是可能的。在這個實驗中，控制軟件是一個標準的是一個非實時操作系統上運行。因此，開發人員可以使用標準的編程工具來構建數控系統軟件。們提出了一個新的重采樣算法數控車床的車絲過程。盡管主軸速度的波動此重新采樣算法可以維持螺紋精度。通過利用重新采樣算法，內插任務和電機控制任務可以異步運行。從而，內插可以在不久實時的方式來完成。這將簡化軟件設計和提供了更高的數據吞吐量。從設計者的觀