[发明专利]一种基于STM32的嵌入式多轴运动控制系统

说明书

本发明公开了一种基于STM32的嵌入式多轴运动控制系统，包括多总线通信的MCU主板、运动控制器、开关量接口电路，CAN接口电路、RS232接口电路，RS485接口电路，网络接口电路、STM32F407芯片，运动控制器、开关量接口电路，CAN接口电路、RS232接口电路，RS485接口电路，网络接口电路、STM32F407芯片集中布置在MCU主板上，运动控制器、开关量接口电路，CAN接口电路、RS232接口电路，RS485接口电路，网络接口电路与STM32F407芯片连接，STM32F407芯片内置u/COSⅢ实时多任务管理系统。本发明的控制系统可以实现六轴的运动控制；实现平滑和快速的运动过渡；采用性能高CPU芯片；具有良好的兼容性。

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，具体地说涉及一种基于STM32的嵌入式多轴运动控制系统。

背景技术

现代制造业中，多轴运动控制系统在多轴联动数控机床、复合加工数控机床、多自由度工业机器人、医疗设备等机电设备中得到广泛应用。随着社会进步和计算机技术、自动化技术、信号处理技术、智能控制技术、电力电子技术等技术的高速发展，生产制造对机电设备的效率和性能要求越来越高，因而也对多轴运动控制系统的控制性能提出越来越高的要求。

多轴运动控制系统中的一个运动轴由一个驱动器带动一个电机进行驱动，其数量从三轴到十几轴、甚至几十轴不等。随着运动轴数增加，系统的非线性、耦合性更加复杂，各个运动轴之间的动态响应不一致和参数不匹配等问题更加突出。要使这些非线性、强耦合的多轴运动控制系统按给定命令完成期望运动，往往需要辅以高性能、高鲁棒性的复杂控制算法，因而多轴运动控制系统需要完成大量复杂算法计算、数据传输和及其他实时处理等任务，这对相应系统硬件的存储空间、实时性、多任务处理能力提出更高要求。

现有多轴运动控制系统的主要解决方案是，运动控制器接受主机发送来的运动控制指令，并把运动控制器当前的状态及数据送给主机；运动控制器由IO模块、DSP芯片及通信接口电路组成，执行速度梯形图的计算和数字滤波，产生速度曲线，不论是位置控制还是速度控制都需要有速度曲线发生器产生梯形速度分布图。主要提供以下8项主要功能：1、提供四路PWM控制信号；2、四轴位置、速度、加速度控制；3、可编程数字PID滤波，点到点位置控制；4、单轴最小伺服采样周期为100ms；5、32位长度的位置寄存器；6、硬件检测INDEX信号；7、硬件检测HOME信号；8、可编程梯形曲线、速度跟踪和电子齿轮式运动控制方式。

该主要缺点体现在：1、运动控制指令标准化程度低，通用性差、不利于控制器在不同应用领域的推广；2、执行速度梯形图的计算和数字滤波，运动过程中会出现速度振荡；3、多采用标准的ISA和PC/104总线接口。4、总线通信接口少或没有，与其它设备实现信息的互联互通手段有限。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种基于STM32的嵌入式多轴运动控制系统，可以实现六轴的运动控制；实现平滑和快速的运动过渡；采用性能高CPU芯片；具有良好的兼容性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于STM32的嵌入式多轴运动控制系统，包括MCU主板、运动控制器、开关量接口电路，CAN接口电路、RS232接口电路，RS485接口电路，网络接口电路、STM32F407芯片，所述MCU主板为多总线通信的MCU主板，所述运动控制器、开关量接口电路，CAN接口电路、RS232接口电路，RS485接口电路，网络接口电路、STM32F407芯片集中布置在MCU主板上，所述运动控制器、开关量接口电路，CAN接口电路、RS232接口电路，RS485接口电路，网络接口电路与STM32F407芯片连接，所述STM32F407芯片内置u/COSⅢ实时多任务管理系统；开关量接口电路外挂不少于32个IO从设备，所述CAN接口电路外挂32轴数字伺服，RS485接口电路外接128个ModBus RTU从设备，网络接口电路使多个控制器互联形成局域网；RS232接口电路外接LCD显示终端。