運(yùn)動控制技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)水平的高低將直接影響一個國家裝備制造業(yè)的發(fā)展水平。目前，多軸伺服控制器越來越多地運(yùn)用在運(yùn)動控制系統(tǒng)中，具有較高的集成度和靈活性，可實(shí)時完成運(yùn)動控制過程中復(fù)雜的邏輯處理和控制算法，能實(shí)現(xiàn)多軸高速高精度的伺服控制。

實(shí)時實(shí)施復(fù)雜控制算法的關(guān)鍵這些運(yùn)動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為功能強(qiáng)大的數(shù)字信號處理器(DSP)的出現(xiàn)。即使在要求較低但成本敏感的應(yīng)用中，例如家用冰箱壓縮機(jī)驅(qū)動器，也可以利用DSP的功能來實(shí)現(xiàn)無傳感器控制算法，可降低系統(tǒng)成本并提高驅(qū)動器的整體穩(wěn)健性。在高性能伺服驅(qū)動器中，DSP的強(qiáng)大計(jì)算能力允許通過矢量控制，紋波轉(zhuǎn)矩降低，預(yù)測控制結(jié)構(gòu)以及對非理想系統(tǒng)行為的補(bǔ)償進(jìn)行更精確的控制。

運(yùn)動控制器是運(yùn)動控制系統(tǒng)的核心部件。國內(nèi)的運(yùn)動控制器大致可以分為3類：

第1類是以單片機(jī)等微處理器作為控制核心的運(yùn)動控制器。這類運(yùn)動控制器速度較慢、精度不高、成本相對較低，只能在一些低速運(yùn)行和對軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動控制場合應(yīng)用。

第2類是以專用芯片(ASIC)作為核心處理器的運(yùn)動控制器，這類運(yùn)動控制器結(jié)構(gòu)比較簡單，大多只能輸出脈沖信號，工作于開環(huán)控制方式。由于這類控制器不能提供連續(xù)插補(bǔ)功能，也沒有前饋功能，特別是對于大量的小線段連續(xù)運(yùn)動的場合不能使用這類控制器。

第3類是基于PC總線的以DSP或FPGA作為核心處理器的開放式運(yùn)動控制器。這類開放式運(yùn)動控制器以DSP芯片作為運(yùn)動控制器的核心處理器，以PC機(jī)作為信息處理平臺，運(yùn)動控制器以插件形式嵌入PC機(jī)，即“PC+運(yùn)動控制器”的模式。這樣的運(yùn)動控制器具有信息處理能力強(qiáng)，開放程度高，運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確，通用性好的特點(diǎn)。但是這種方式存在以下缺點(diǎn)：運(yùn)動控制卡需要插入計(jì)算機(jī)主板的PCI或者ISA插槽，因此每個具體應(yīng)用都必須配置一臺PC機(jī)作為上位機(jī)。這無疑對設(shè)備的體積、成本和運(yùn)行環(huán)境都有一定的限制，難以獨(dú)立運(yùn)行和小型化。

DSP 在電機(jī)控制方面的應(yīng)用是一個新領(lǐng)域。DSP 是應(yīng)用高性能的處理器提高對電機(jī)控制精度的一種芯片。高速的DSP 主要用在電機(jī)無傳感器控制和磁場定向控制中,因?yàn)樵跓o傳感器控制中需要用已知的電流和電壓實(shí)時計(jì)算速度和位置,而在電機(jī)磁場定向控制中,需要把所有的變量以矢量形式轉(zhuǎn)化到與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步的坐標(biāo)系中,這些都需要進(jìn)行大量的運(yùn)算,高速的DSP可以實(shí)時完成這些工作。在價(jià)格上DSP已經(jīng)從最初期的幾百美元降到了幾美元。16位的DSP的性能也從5Mips(百萬次每秒)提高到了2000Mips。包括大容量片內(nèi)存儲器,還在片上集成多種外圍設(shè)備。

DSP的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理功能強(qiáng)大,即使在很復(fù)雜的控制中,采樣周期也可以取得很小,控制效果更接近于連續(xù)系統(tǒng)。把DSP與PC的各自優(yōu)勢結(jié)合將是高性能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。本運(yùn)動控制器采用TI公司的高性能浮點(diǎn)DSP作為主控芯片,通過ISA接口與PC協(xié)調(diào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,以PC計(jì)算機(jī)作為基本平臺,以DSP高速運(yùn)動控制卡作細(xì)插補(bǔ)、伺服控制的核心,對直線電機(jī)的運(yùn)動進(jìn)行控制,取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

在開放式數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用基于DSP+FPGA的運(yùn)動控制卡,DSP承擔(dān)了CNC系統(tǒng)中實(shí)時性要求較高的模塊功能。利用DSP高速運(yùn)算能力和實(shí)時信號處理能力,采用先進(jìn)的Bspline插補(bǔ)算法,使該DSP運(yùn)動控制卡具有高速、高精度的性能,結(jié)合FPGA芯片的先進(jìn)技術(shù),使該運(yùn)動控制卡的集成性、可靠性大大提高。本運(yùn)動控制卡目前是基于ISA總線設(shè)計(jì)的,今后將考慮把該系統(tǒng)移植到PCI總線上,將能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的處理速度能力,適應(yīng)更高要求。