ARM+PCL6045B的嵌入式運動(dòng)控制器設計
加入技術(shù)交流群
①系統初始化：進(jìn)行微處理器的硬件初始化，包括輸入／輸出接口的配置、具體總線(xiàn)通信方式的配置以及伺服系統相關(guān)的接口參數配置。
②通信模塊：負責運動(dòng)控制卡和上位機之間的坐標值、速度值、數控系統的I／O接口狀態(tài)、報警狀態(tài)以及數據鏈表的傳輸。
實(shí)時(shí)域建立在RTAI實(shí)時(shí)內核的基礎上。其實(shí)時(shí)任務(wù)通過(guò)實(shí)時(shí)進(jìn)程的方式來(lái)完成，一種為周期性(peri_odic)實(shí)時(shí)進(jìn)程，另一種為一次性(one shot)實(shí)時(shí)進(jìn)程。實(shí)時(shí)域主要包括如下4個(gè)周期性實(shí)時(shí)線(xiàn)程：
①狀態(tài)檢測線(xiàn)程(rt_monitor_thread)。本任務(wù)對設備運行狀態(tài)進(jìn)行檢測，負責從I／O端口讀入各個(gè)連接的I／O設備值，然后將狀態(tài)寫(xiě)入狀態(tài)檢測緩沖區中，對設備急停、伺服報警、限位信號進(jìn)行判斷，并進(jìn)行相應的處理。
②插補線(xiàn)程(rt_interpolation_thread)。從譯碼緩沖區中順序取得插補數據，然后根據是直線(xiàn)或者圓弧進(jìn)行插補，插補得到下個(gè)周期應該到達的理論坐標值。
③位置控制線(xiàn)程(rt_position_thread)。讀取計數器中編碼器的數值，得到實(shí)際的位置，并與插補器中的理論位置坐標作比較。根據差值調節PID參數，并將具體脈沖輸出數寫(xiě)入對應的PWM口的脈沖數寄存器中。
④功能控制線(xiàn)程(rt_function_thread)。功能控制任務(wù)利用RTAI實(shí)時(shí)管道來(lái)傳遞命令和狀態(tài)信息的功能。通過(guò)管道的命令設置實(shí)現Linux操作系統對實(shí)時(shí)部分RTAI的訪(fǎng)問(wèn)，從而實(shí)現運動(dòng)控制器的運行、暫停、給定速度等狀態(tài)設置。
2．1 軟件平臺的建立
軟件平臺是系統應用程序開(kāi)發(fā)的基礎。本系統軟件平臺主要包括：ARM-Linux的移植、串行接口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)、USB接口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)、LCD接口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)、觸摸屏接口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)、以太網(wǎng)接口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)、文件系統的移植等。這些軟件的開(kāi)發(fā)和移植在很多文獻中有詳細的說(shuō)明。
2．2 運動(dòng)控制函數庫的設計
通用運動(dòng)控制器的功能主要取決于運動(dòng)控制函數庫。要做成一個(gè)開(kāi)放式的運動(dòng)控制器，必須編寫(xiě)豐富的運動(dòng)控制函數庫，以滿(mǎn)足不同的應用要求。運動(dòng)控制函數庫要為單軸及多軸的步進(jìn)或伺服控制提供許多運動(dòng)函數，如單軸驅動(dòng)、兩軸直線(xiàn)插補、3軸直線(xiàn)插補、圓弧插補等等。另外，為了配合運動(dòng)控制系統的開(kāi)發(fā)，還編寫(xiě)了一些輔助函數，如中斷處理、編碼器反饋、間隙補償、通用開(kāi)關(guān)量的輸入輸出等。這樣，用戶(hù)在開(kāi)發(fā)應用程序時(shí)就不必再關(guān)心底層的東西，只需根據控制系統的要求編制人機界面，并調用運動(dòng)控制函數庫中的函數，就可以開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足要求的多軸運動(dòng)控制系統。
2．3 對Ljnux進(jìn)行實(shí)時(shí)化改造
由于Linux不是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統，所以，利用實(shí)時(shí)內核補丁RTAI(Real Time Application Interface)。RTAI的安裝和使用詳見(jiàn)參考文獻[7]。該控制器所使用的Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境為ELDK(Embedded Linux DevelopedKit)3．0。Linux內核為L(cháng)inuxp pc_2_4_devel，而RTAI的版本為24．1．12。由Linux中的init_module()和cleanup_modtde()兩個(gè)函數加載和卸載實(shí)時(shí)任務(wù)模塊，通過(guò)這兩個(gè)函數進(jìn)行實(shí)時(shí)線(xiàn)程及其處理函數的創(chuàng )建和回收。其關(guān)鍵程序如下：本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/152322.htm
2．4 應用軟件設計
應用軟件主要包括人機交互界面的設計、數控指令的編譯解釋、按鍵功能的實(shí)現、運動(dòng)狀態(tài)的監視等。通過(guò)操作系統ARM-Linux，可方便地實(shí)現上述功能，并進(jìn)行多任務(wù)的調度。運動(dòng)控制器根據輸入的數控指令文件，將其存入NAND Flash中。ARM處理器通過(guò)對數控指令進(jìn)行譯碼、速度預處理、粗插補計算等，調用運動(dòng)控制函數，進(jìn)而發(fā)出控制指令控制步進(jìn)或伺服系統去控制執行部件進(jìn)行動(dòng)作，從而達到實(shí)現運動(dòng)控制的目的。
結 語(yǔ)
本文綜合應用ARM嵌入式系統技術(shù)、DSP運動(dòng)控制技術(shù)等多種技術(shù)開(kāi)發(fā)出高性能的嵌入式運動(dòng)控制器。該控制器相比傳統的基于PC機的運動(dòng)控制器，具有成本低、體積小、功耗低、功能豐富、運行穩定的特點(diǎn)和優(yōu)勢。以ARM微控器和PCL6045B為核心的嵌入式運動(dòng)控制器，采用Linux操作系統，經(jīng)過(guò)對其進(jìn)行實(shí)時(shí)化改造，使系統能很好地進(jìn)行多任務(wù)處理，保證了系統的實(shí)時(shí)性。該控制器能夠實(shí)現高速和高精度的運動(dòng)控制需求，具有良好的運動(dòng)控制性能。該運動(dòng)控制器的設計，為讀者提供了一種良好的解決方案，在運動(dòng)控制領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。
pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理
評論