一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种伺服运动控制器电路，具体涉及一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路。
【背景技术】
[0002]数控机床是现代制造系统的核心和基础，现代数控机床运动控制系统要求具有高速运算、快速插补、超高速通信、主轴超高速运转、高精度定位等特点。数控机床要实现形状复杂的零器件加工，必须要求运动控制系统能进行插补运动的控制，如直线插补、圆形插补、位插插补和连续插补等。
[0003]我国是制造业大国，而非工业大国。在运动控制领域与发达国家还存在较大的差距，自主创新能力薄弱极大的影响我国制造业技术水平的提升，由于缺乏自主知识产权的核心技术，运动控制系统大部分被国外占领，而运动控制系统的核心运动控制技术更为国外垄断。目前国内的数控市场主要份额的数控系统，多以SCM(单片机)、单片DSP (数字信号处理器)为控制核心或工控机来实现，以单片机和单片DSP为控制核心的数控系统存在系统扩展性低、响应慢、自动化程度低及控制精度低等缺点，而以工控机为控制核心的数控系统存在体积大、灵活性差、扩展性差及硬件研制成本高等缺点。因此，深入研究新一代数控装备运动控制系统具有重要的意义，为解决以上问题，为使多轴伺服运动控制器具有体积小、功能强、精度高、可靠性高、响应块、扩展性强、通用性强的特点，提出一种新型的高速高精度的多轴伺服运动控制器电路，系统采用多种先进信号微处理器协同工作，采用集中控制分层处理的体系结构思想，它集数字智能控制、高速数据采集与信号处理、智能诊断、通信功能于一体，能为各轴伺服电机提供脉冲输出控制、恒速控制、速度控制和位置控制功能，同时，还可实现任意三轴直线插补、两轴圆形插补、三轴位元模式插补等，实现对伺服电机进行位置、速度和加速度控制。该硬件结构充分利用ARM(阶进精简指令集机器)的支持嵌入式系统特性，及强大数据处理能力和多处理器高速协同处理数据的能力，系统最多可控制256轴伺服电机，各轴控制精度可达0.012mm，各轴50us伺服更新率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路，该电路系统采用了 ARM+双SCM的体系结构，集数据采集、数据处理、智能控制、智能诊断、网络通讯、参数自动调整等功能于一体，实时精确控制多轴伺服电机，该伺服运动控制器可以驱动控制直流伺服电机、直流无刷电机、步进电机及交流伺服电机等。
[0005]本发明是这样实现的，一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路，它包括基于ARM的智能控制单元、SCM智能控制模块、USB总线通讯单元、数据存储单元、外部网络通讯单元、电源管理单元、调试仿真单元、无源晶振单元及人机交互单元；其中，USB总线通讯单元与N个单片机智能控制模块连接，USB总线通讯单元还通过USB总线与基于ARM的智能控制单元连接，基于ARM的智能控制单元分别与数据存储单元、外部网络通讯单元、电源管理单元、调试仿真单元、无源晶振单元及人机交互单元连接。
[0006]所述的每个单片机智能控制模块分别与四个基于单片机的解算输出单元连接，每个基于单片机的解算输出单元还与信号调理单元连接，信号调理单元与数字伺服控制信号和数字量控制输出连接，单片机智能控制模块还分别与无源晶振单元、电源管理单元、调试仿真单元和USB通信单元连接，单片机智能控制模块与高速数模转换单元连接，高速数模转换单元与信号调理单元连接，信号调理单元与模拟量控制输出连接，模拟量传感器信息、数字量传感器信息和数字I/O信息输出至信号调理单元，信号调理单元输出至高速数模转换单元和单片机智能控制模块，高速数模转换单元输出至单片机智能控制模块。
[0007]所述的信号调理单元包括模拟量传感器信息输入与滤波电路连接，滤波电路与电压跟随电路连接，电压跟随电路与运算放大电路连接；数模转换器信息输出与滤波电路连接，滤波电路与运算放大电路连接，运算放大电路与电压跟随器连接；数字量传感器信息输入与滤波电路连接，滤波电路与差分电路连接，差分电路与光电隔离电路连接；数字量传感器信息输出与滤波电路连接，滤波电路与光电隔离电路连接；数字量控制信息输入与滤波电路连接，滤波电路与光电隔离电路连接；数字量控制信息输出与滤波电路连接，滤波电路与差分电路连接，差分电路与光电隔尚电路连接；数字量开关信息输入与滤波电路连接，滤波电路与光电隔离电路连接，光电隔离电路与电平转换电路连接；数字量开关信息输出与滤波电路连接，滤波电路与电平转换电路连接，电平转换电路与光电隔离电路连接。
[0008]所述的数据存储单元包括ARM外部存储器接口，ARM外部存储器接口与数据总线连接、地址总线和控制线连接，数据总线连接、地址总线和控制线连接均分别与两块SST39VF6401SDRAM 芯片和 K91G08U0B FLASH 芯片连接。
[0009]所述的人机交互单元包括ARM总线或I/O数据端口，ARM总线或I/O数据端口通过总线与TFT液晶显示器连接，ARM总线或I/O数据端口通过I/O与发光二极管、按键输入和数码管连接。
[0010]所述的外部网络通信单元包括ARM通信控制器，ARM通信控制器分别与CAN收发器、RS232收发器、RS485收发器、以太网收发器和USB收发器连接，CAN收发器、RS232收发器、RS485收发器、以太网收发器和USB收发器还分别与网络总线通信主机连接。
[0011]本发明的优点是，I采用先进处理器及多轴伺服运动控制器电路，采用模块化结构及集中控制分层处理的体系结构，实现对多轴伺服电机的精确控制；2成本低、功耗低、体积小、扩展性强、实时性好、响应快；3系统接线简单，高可靠、长寿命、强抗电磁干扰能力；4控制与通信方式灵活、接口丰富;5软件升级能力强。
【附图说明】
[0012]图1本发明所提供的一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路示意图；
[0013]图2为SCM智能控制模块结构图；
[0014]图3为信号调理单元结构图；
[0015]图4为数据存储单元结构图；
[0016]图5为人机交互单元结构示意图；
[0017]图6为外部网络通信单元结构图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细介绍:
[0019]一种新型的高速高精度多轴伺服运动控制器电路，其中，伺服运动控制器具有64点通用1/0、32点数字光隔输出、32点数字光隔输入、32路模拟输入、4个外部通信接口及I个控制网络总线接口。
[0020]如图1所示，硬件电路包括基于ARM的智能控制单元、SCM智能控制模块、USB总线通讯单元、数据存储单元、外部网络通讯单元、电源管理单元、调试仿真单元、无源晶振单元及人机交互单元；其中，SCM智能控制模块包括基于单片机的智能控制单