基于CPCI接口的多轴同步控制系统设计及应用-模式识别与智能系统专业论文.docxVIP

PAGE PAGE 10 1 绪 论 1.1 PC 总线的发展状况及在工业中的应用 PC 总线的发展状况 近二十年来，计算机技术取得了飞速发展，计算机总线作为计算机的重要组成， 它的不断革新是推动计算机技术发展的关键因素之一。 计算机总线连接计算机的模块，负责各个部分之间的信息交换。PC 总线的发展 主要经历了三个主要阶段，第一个阶段为 ISA 总线及早期的 PC 总线，第二个阶段为 PCI 总线，第三个阶段为 PCI-X，CPCI 总线以及目前主流的 PCIExpress、Hyper Transport 高速串行总线[1]。 ISA 总线是 IBM 公司研发的 16 位总线标准。ISA 总线是现在工业生产中广为应 用的一种系统总线，它的兼容性较好，但是随着多处理器的出现以及对总线传输性 能的不断提高，ISA 总线的发展已经遇到瓶颈。 PCI 总线即外围设备互连总线，是由 Intel 公司提出的一种新的 PC 总线标准，它 是高性能，独立于 CPU 的 32／64 位局部总线。相对于 ISA 总线，PCI 总线提供了高 速的数据传输通道，能实现在多个处理器之间的高速传输。它以其低成本，规范的 标准以及灵活的配置，迅速占领 PC 总线市场，成为当今使用最为主流的总线标准。 CPCI 总线采用无源总线底版结构，在保留 PCI 的电气特性基础上，完美的使用 了欧式卡规范标准。由 PCI 总线工业计算机制造商组织 PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturer Group）负责制定和支持。它采用欧式插针标准，保证了良好 的机械性，并具有工业应用中非常重要的热插拔特性。使得 CPCI 总线拥有广阔的发 展前景。 CPCI 总线简介 CPCI 总线可以简单的理解为在原有的 PCI 电气特性基础上，结合欧式卡的规范 标准，而产生的一种全新的工业总线。其具有良好的兼容性，而且还有热插拔特性。 在工业应用中具有良好的发展前景。CPCI 总线的改进可以总结为[3] [4]： (1)CPCI 总线由于采用了欧式卡结构，具有非常好的机械特性和抗震性能，并利 于散热，这一特点增强了 PCI 总线系统在电信或条件恶劣的工业环境中的可靠性和 维护性。 (2)传统的 PCI 总线只能支持 4 个插槽，而 CPCI 总线则做了很大改进，每段支持 插槽数增加到 8 个以上。 (3)CPCI 的连接设备采用镀金工艺，其中包括接头和插针。并采用高密度 2mm 插针式连接器，使它具有去耦，低电感，低阻抗等良好的电气特性。 (4)CPCI 具有热插拔特性。在某些工业环境中，如需要频繁调试的工业现场，可 以保证板卡方便的插拔而保持正常的工作，而不用重启或关断电源。这在工业应用 中非常实用和关键。 1.2 多轴同步控制技术简介 多轴系统的控制策略关注于如何使多轴之间的运动控制有机协调起来，达到系 统整体的全局性能的最优化是其最终目的。多轴同步控制一般有主从式控制、多轴 联动控制等。主从控制是指在各传动轴中，用精度相对较高的轴作为主基准轴，用 精度相对较低的轴作为从轴，从轴跟踪主轴做同步运动。多轴联动控制是指各轴之 间精度要求相当，因此，互相之间地位相同，可以根据给定位置(或速度)要求，随机 控制各轴的运动，使之达到同步要求[4]。 从实现同步的方案来看，多轴同步控制已经从传统的机械共轴传动、机械传动 链实现转向独立传动、电子传动链的方式。从控制器的实现来看，模拟电子控制已 经基本让位于数字电子控制，其中数字电子控制基于微处理器的控制系统已经广泛 用于运动控制领域。目前常用的运动控制卡硬件设计方法有三种、：一是基于单片机 型，二是基于微控制器设计的专用集成电路，三是基于数字信号处理器。 1.3 圆网印花系统同步控制描述与分析 独立传动式圆网印花机和整体驱动圆网印花机不同，它的每一个圆网都是独立 运动的，受独立的电机设备驱动。由于每个圆网的电机设备和负载存在一定差异， 所以当要求对多个圆网进行同步，保证各圆网的相对位置时，存在更大的难度。又 由于在生产中的印花流程是动态的，连续的，高速的，这样就对圆网的同步性能有 更高的要求[5]。 圆网印花机有两个重要指标，一个是对花精度，另一个是系统稳定性，所以如 何保证对花精度和稳定性是本文设计的一个重要课题。对花精度是指同步产生的误 差，两个花色允许的重叠和偏差部分一般要求在 0.1mm 范围内，所以对花精度一般 要求在 0.1mm 以内。对花稳定性是指保持对花状态的特性，即不改变参数，其对花 精度和状态不发生变化，也就是说不会产生错花现象[6]。 在圆网印花系统中，要保证不产生错花现象，必须要保证各圆网的位置同步， 才能保证圆网印花机能印染出工整有序的图案。这里控制的同步包括两个方面：第