[发明专利]一种双CPU组合形式的运动控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控技术领域的运动控制器，具体是一种双CPU组合形式的运动控制器。

背景技术

在数控技术领域中，运动控制器是其最基本、最核心的部分。目前数控领域中，大部分都是采用PC机与运动控制卡相结合的方式，运动控制卡通过PCI接口与PC机相连。在PC机上实现人机的交互，包括设定运动轨迹及运动参数、监控运动状态等；运动控制卡根据设定的运动轨迹与运动参数，控制电机运动。这种方式利用了PC机卓越的处理能力和友好的可视化界面，而且可以使用PC机本身带有的丰富资源进行开发，可移植性好，为业内人士所认可，但这种控制方式不可避免的需要有PC机支持，无疑会增加设备的体积和成本，而且会影响设备的稳定性，对设备现场的环境也提出了很高的要求。

 另外一种方式是基于单片机、专用芯片、FPGA的专用运动控制器。这类运动控制器结构简单，成本低廉，性能稳定，但由于单个CPU的硬件资源和处理能力有限，基本上只能实现简单的运动控制，很难实现复杂的逻辑控制、连续插补控制和多轴的同步控制，而且系统开发比较周期长。

发明目的

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种体积小、成本低、功能强大、性能稳定、开放程度高的运动控制器，使其既能够脱离PC机独立运行，又能够实现较复杂的运动控制算法与多轴的同步控制，而且开发方便，开发周期短。

为了达到所述的目的，本发明提供了一种双CPU组合形式的运动控制器，该运动控制器包括控制模块、运动驱动模块、通信模块、输入输出模块、电源模块。控制模块为运动驱动模块、输入输出模块提供控制信号；通信模块为控制模块与外界通信提供接口；电源模块为控制模块、运动驱动模块、通信模块、输入输出模块提供稳定的电流，保证各个模块正常工作。

所述的控制模块由主CPU和从CPU组成，主CPU和从CPU之间通过握手的方式交互数据和命令；主CPU负责运动反馈与逻辑控制，从CPU负责运动控制输出，主CPU和从CPU协同合作，共同完成控制任务；控制器采用双闭环结构，保证对电机的控制精度；控制器的运动控制过程采用梯形图进行编程。

本发明与现有的技术相比，由以下优点：

从CPU发脉冲与主CPU进行计数形成闭环，可以实现对PWM发送状态的高速精确控制。

从CPU独立作为PWM输出控制，可以将更多的资源用于多轴同步协调控制、实时插补运算、轨迹运算等，从而实现多轴的连续插补控制。

通过IO的方式传递命令，实现主从之间命令的快速传递，使得从CPU可以快速响应主CPU的命令。

通过梯形图内嵌运动控制算法的方式进行编程，利用图形化编程，使程序简单易懂，可读性强，极大地提高系统的稳定性。

附图说明

图1为双CPU组合形式的多轴运动器的系统结构示意图；

图2为双CPU交互的示意图；

图3为本发明电机驱动输出示意图；

图4为本发明的通讯示意图；

图5为本发明程序的三层架构示意图；

图6 为本发明控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是以本发明的技术方案为前提进行实施，以下给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括控制模块、运动驱动模块、通信模块、输入输出模块、电源模块。

控制模块主要包括主CPU、从CPU及其外围电路构成，其中主从CPU均为Cortex-M3微处理器，采用ST（意法半导体）公司的STM32F103ZCT6。其时钟电路包括2部分：HSE振荡器时钟（高速外部信号时钟）和LSE时钟（低速外部信号时钟），HSE振荡器时钟为8Mhz的有源晶振，经倍频后，为系统提供72Mhz的时钟；LSE时钟为32.768Khz的无源晶振，为系统的RTC（实时时钟）提供时钟信号。JTAG接口为系统的调试提供接口，可以实现下载程序和在线调试程序的功能。掉电保护电路包括纽扣电池和电压选择电路，可以保证系统在断电的情况下，保证主从控制模块中CPU的BKP区的正常工作，防止重要数据的丢失。