第4期 2017年4月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)04011804
DOI : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 04. 030
No.4 Apr.2017
基于FPGA的数控系统直线插补模块化设计*
沈孟锋，羊荣金，蒋水秀，何俊，胡冬生
（杭州科技职业技术学院机电工程学院，杭州311402）
摘要：文章针对软插补器速度慢、计算复杂、精度不高等缺陷提出了采用可配置电子告轮箱的硬件插
采用VHDL硬件描速语言设计了直线替补电子齿轮箱模块，
补方案，建立了直线插补的算法模型。
搭建了送动控制多轴联动插补实验平
5000）的直线插补路径上
，伺服电有
终点坐标为（3000，4000）的直
行程的0.035%，实际偏差由伺服电机机械特
馈的实测数据为：在终点坐标为（5000，个脉冲当量，约为总行程的0.02%；在送行最大偏差为4.2个脉冲当量，约为总
及传动刚性产生
由此表明：采用本插补方案的数控
系统响应时间短、送行速度快、可靠性高，且不存在偏差累积误差，括补精确度高关键词：FPGA：数控系统：直线插补：模块化设计；伺服电机
中图分类号：TH166;TG659
文献标识码：A
Modular Design of Linear Interpolation Control on CNC System Based on FPGA
SHEN Meng-feng, YANG Rong-jin, JIANG Shui-xiu, HE Jun, HU Dong-sheng
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Hangzhou Polytechnic , Hangzhou 311402, China)
Abstract: Regarding the software interpolation has the disadvantages of slow speed, complex calculation and low precision, studied for linear interpolation operation. Thereby, interpolation schemes employing reconfig urable electronic gear boxes are developed and the corresponding application algorithms are carried out. Sim-ilarly, by using the VHDL language, interpolation modules for linear interpolation is designed and realized. Hence experiment platform for multi-axis linage control is set up. The experimental data shows that within a terminal point coordinate (5000, 5000) , the maximum deviation of linear interpolation is below 2 pulses for the executed result of physical mechanism, which is approximately 0. 02% of the full track. And within a terminal point coordinate (3000, 4000) , the maximum deviation is below 5 pulses, which is about 0. 035% of the radius. The actual deviation is caused by the mechanical characteristics and the transmission rigidity of the servo motor. Therefore, The numerical control system with the interpolation scheme has the advantages eooeeeaasesos tionprecision.
Key words: FPGA; CNC system; linear interpolation; modular design; servo motor
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引言
在数控系统中，插补算法的稳定性和精度对系统的性能指标具有重大影响。因此国内外科研人员一直在努力寻找一种精度高、速度快、稳定性好的插补算法，各知名数控系统企业如西门子、Fanuc等更是竭力保密插补运算这一核心技术，从不对用户开放[13]
在数控系统众多插补算法的研究中，主要是针对复杂的曲线或曲面的轨迹加工，而普通的直线插补文献较少[12]。直线插补是最基本的插补，任何曲线都可由直线段逼近而成，因此提高直线插补的精度，对整个轨迹的形成具有重要的意义[34]。目前直线插补器多为软件插补器，虽然优点众多，但因其串行插补运算导
致运行速度较低，不适用于高速、高精度的系统[45] 因此，众多学者采用EDA技术充分发挥硬件实时性的优势，设计研究了硬件直线插补器。文献5」采用 VHDL语言设计了包含X、Y向计数器和环形分配器的直线插补器提高了插补速度和可靠性，但该设计只进行微小距离仿真，未考虑电机实际运行的加减速情况。文献6基于FPGA实现数学积分法直线插补器简化了速度控制，但无法动态改变运动参数，运用范围有限。文献[7]给出了基于NioslI软核处理器的 SOPC 技术硬件直线插补控制器，其具有可编程、高数据处理速度、高扫描频率、高可靠性等优点，但其所占容量大，需外接SDRAM，同时也未考虑电机加减速控制情况。
本文提出了基于可配置电子齿轮箱的直线插补算
收稿日期：20161202；修回日期：20170104
*基金项目：杭州科技职业技术学院2016年度科研谋题（HKZYYB-2016-13）
作者简介：沈孟锋(1990—），男，杭州人，杭州科技职业技术学院助教，硕士，研究方向为数字运动控制技术，（E-mail）shenmengfeng@163.com；
通讯作者：羊荣金(1978一)，男，杭州人，杭州科技职业技术学院高级工程师，函士，研究方向为电气与自动化技术，
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