[发明专利]一种PCIe控制的数控插补系统

说明书

技术领域

本发明涉及数控技术与自动化控制技术领域，具体涉及一种PCIe控制的数控插补系统，系统结构简单、可扩展性强、尤其是双核运动控制微处理器性能高，缩短运算时间，降低插补周期、极大提高插补效率与插补精度。

背景技术

数控插补系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统，运行标准的G指令，可以实现快速定位、逆圆插补、顺圆插补、中间点圆弧插补、半径编程、跳转加工等。广泛应用于机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，包括各类数控检测设备、数控加工设备、串并联机器人等自动化设备。

数控插补系统的实现，目前多采用嵌入式插补系统和基于PC(个人电脑)的插补系统的形式。

基于PC的插补系统又分为两大类：1）使用高速现场总线；2）“PC+运动控制卡”。高速现场总线即PC机端通过通讯线缆走总线协议与控制板卡连接；PC+运动控制卡即将运动控制卡插入主机PCI插槽中。基于PC的控制器可以将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制卡的运动轨迹控制能力有机地结合在一起。

目前的运动控制器普遍存在以下缺点：

嵌入式插补系统受所选核心处理器芯片的性能限制，其运算能力和存储容量有限，造成升级、扩展困难。整机系统开发周期长，跟不上芯片更新换代的速度。因此，目前高端市场主要以基于PC的系统为主。

基于PC使用高速现场总线的插补系统，很多总线协议裁剪复杂，开发周期长，开发成本高；对已有的伺服驱动器基本不兼容，无法通信。

PC+运动控制卡式的插补系统需要将运动控制卡插入计算机主板，占用PCI总线带宽，占用CPU资源，对控制主机的硬件要求高。还需要从PCI卡上引出控制线连接到扩展卡，成本高，引出脚的数量也相当有限，硬件不可裁剪，可扩展性不强。

而随着计算机硬件的不断更新换代，硬件性能越来越高，PC+运动控制卡式的插补系统由于其开放性与可扩展性使得研发周期相对较短，在越来越多的场合得到应用。

因此，需要一种通讯速度快、控制精度高的插补系统，而如何解决成本高，引出脚的数量有限，硬件不可裁剪，可扩展性不强等问题，为本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种PCIe控制的数控插补系统,上位PC机只需要发送标准数控G指令至下位机，真正意义上把运动控制在运动控制卡实现。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种PCIe控制的数控插补系统，包括独立设置的上位机、PCIe总线运动控制卡、FPGA扩展板；所述的PCIe运动控制卡包括双核微处理器、GPMC接口；所述的FPGA扩展板包括多轴脉冲控制与反馈信号接口、外围接口电路，扩展板轴数可以在32轴以内任意裁剪，可扩展性强；所述的双核运动控制微处理器，内部集成高性能的ARM核与DSP核，ARM核主要用于与上位机高速通信，DSP核主要负责插补运算；所述的双核芯片的GPMC接口配置为异步模式并设置NOR FLASH、非地址数据线复用的模式与FPGA扩展板通信，将插补数据传送至FPGA，进而通过外围电路控制多轴同步插补，实现多轴联动，完成复杂曲线曲面的插补。

优选地，所述的数控插补系统，包括独立设置的上位机、PCIe总线运动控制卡、FPGA扩展板；上位机与运动控制卡之间通过PCIe总线实现通信连接，运动控制卡通过PCIe接收数据，完成数据处理并将处理结果通过PCIe总线再回传到上位机。

优选地，所述的FPGA扩展板包括多轴脉冲控制与反馈信号接口、外围接口电路，扩展板轴数可以任意裁剪，可扩展性强。

优选地，所述上位机为通用的带PCIe接口的台式机。

优选地，所述的PCIe运动控制卡采用高性能双核处理器主控芯片TMS320DM8148或TMS320DM8168，该芯片内部集成了1GHz主频Cortex-A8 ARM核与800主频C674x的DSP核，通过PCIe总线与上位机进行通信。

优选地，所述的双核处理器主控芯片的800M主频C674x的DSP核，内部带浮点运算库，运算速度快，可将6轴插补周期缩小至25微秒，32轴插补周期缩小到100微秒，极大的提高了插补精度。

优选地，所述上位机解析标准数控G代码，再通过PCIe总线发送控制命令包至PCIe运动控制卡；PCIe运动控制卡将运动代码进行轨迹规划后进行插补控制输出，同时将处理结果及状态反馈等通过PCIe总线再上传到上位机。