数控技术和机器人技术是工业现代化的基础和标志,两者都是集机械工程学、电子学、计算机科学、运动学、动力学和自动化控制为一体的综合性技术学科。随着计算机技术和控制技术的飞速发展,实现数控系统和机器人控制的高性能、高精度、高速度、高柔性化、多轴协调性和开放式模块化设计成为研究设计的焦点。而且多轴控制系统涉及多学科领域,可以分解成不同的方面,这些知识与研究对其他设备装置的控制有很好的指导作用。因此,本文参照了一些著名公司的轴控制系统或轴控制卡的功能与要求,对多轴控制系统进行了研究,并在此基础上,进行了最小化的控制系统的设计。 本文所设计的控制系统是以上位机(工业控制机)和下位机(C8051F02X)为硬件基础,通过编制软件程序来实现控制功能。系统分为管理规划级、协调级和执行级三级。从运动的控制和功能来看,管理规划级是对整个控制系统进行监控、管理、轨迹规划、坐标变换等;协调级是管理规划级和执行级之间的纽带,负责数据传输、多轴运动、信号处理的协调执行;执行级是现场级,完成各轴最终的伺服运动,检测一些特殊信号,把实际运动位置和检测信号传给上层。 本文在研究了控制系统整体构成和功能的基础上,又研究了S—曲线速度规划方法、三次样条曲线插补方法、多种改进PID伺服算法和多机通讯方法,并采用开放式模块化编程思想,利用VC++和Keil C软件编制了相关的程序和仿真模型。同时,还编制了人机界面,以便于操作。整个控制系统操作简便,性价比高,有可扩性,可以很好的实现控制系统的功能和要求。