引言
        当今,开放式数控系统正在工业领域得到广泛应用。其中,工控机通过PCI总线连接专用运动控制卡的数控系统最为流行。在运动控制卡中www.cechina.cn,由于DSP采用多总线哈佛结构使得处理指令和数据可以同时进行,因此相比传统控制中的单片机具有更多的优势。同时,运动控制卡与PC机通过PCI局部总线通信,能够达到很高的数据传输速率,从而还保证了数控系统的实时性。

        图1运动控制系统功能框图

        系统概述
        系统的功能框图如图1所示。该系统的核心是TI公司的16位定点DSP芯片TMS320LF2407A。DSP芯片负责接收PCI局部总

线的命令和参数,然后经过特定的运动控制算法,如系统位置、速度调节、插补算法等CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而完成对步进电机的精确运动控制。同时DSP芯片还负责将反馈信息传输给PCI局部总线,并且控制系统外围I/O模块。DSP芯片与计算机的通信通过PCI桥接芯片CY09449实现。
        DSP模块
        DSP芯片TMS320LF2407A采用高性能静态CMOS工艺CONTROL ENGINEERING China版权所有,供电电压仅3.3V;指令周期缩短到33ns。
        作为系统的核心,TMS320LF 2407A主要完成复杂的运动控制算法,比如升降频控制、插入补偿等。本设计主要是完成双轴步进电机控制,故插入补偿采用经典的DDA算法。由于本设计对步进电机采用无反馈控制,这样对步进电机的升降频控制就显得格外重要CONTROL ENGINEERING China版权所有,这也成了整个系统设计的一个难点。根据步进电机变速过程动力学特性,以指数曲线前段规律作为前后沿的近似梯形波,进而确定升降频特性,这样既能保证步进电机运行过程不会失步,又充分发挥了步进电机的固有性能,使升频过程达到时间最短的要求。下面讨论一下升降频控制的算法实现。
        升降频控制
        为实现所确定的运行频率—时间函数,通常是将其离散化CONTROL ENGINEERING China版权所有,即将其转换为脉冲时间间隔对脉冲个数的函数。另一种方法是按升降频过程所走过的脉冲步数通过定步中断来变频。但是离散化方法既会引起频率突跳和失步,又要进行复杂的迭代运算,而定步法同样需要进行迭代。这两种方法在DSP上都不易实现且灵活性较差。为此本文研究了一种称为定时的方法。
        设最高运行频率为fh（电机恒速段的速度）,升频段总时间为ts。则根据步进电动机指数型升频过程的频率—时间关系：
        f(t)=fM-(fM-fb)*exp(-t/T) (1)
        式中fb为步进电动机起动频率;fM为极限运行频率;T为驱动系统时间常数
        则有fh=f(ts)=fM-(fM-fb)*exp(-ts/T)
        从而得到
        ts=T*ln((fM-fb)/(fM-fh)) (2)
        将ts等分为N段,得到各段时间为：ta=ts/N
        则在第i个等分段ta内脉冲切换频率和要送出的脉冲数分别为：