[01284909]数控机床高性能运动控制系统的研发

在“中国制造2025”大背景下，精密以及超精密加工技术作为国家新兴产业的基础，是我国实现现代化制造的重点支撑技术，也是今后衡量一个国家制造水平高低的主要指标。

因此，提高数控机床设备的精确性和稳定性是国家经济发展的战略需要，也是应对科技战略计划升级的必然趋势。

针对数控机床高速、高精度的应用需求，本项目选用具有强大运算能力、极高处理速度的数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）架构对数控机床核心部件—运动控制系统进行了硬件设计和软件设计，研制了基于DSP+FPGA架构的高性能运动控制卡。

对运动控制系统的关键技术进行研究，基于FPGA器件采用幅值分割细分法对编码器或光栅尺信号进行高倍频处理，设计高精度实时位置检测电路。

建立数控机床运动控制系统的数学模型，结合单神经元、模糊数学、PID算法建立单轴控制器的运动控制算法，然后在双轴间引入交叉耦合控制。

本项目构造的交叉耦合单神经元模糊PID控制算法不但能改善运动控制系统的稳态精度与动态响应性能，提高运动控制系统的抗干扰能力及对系统参数变化的适应性，而且可以改善数控机床的轮廓加工精度。

经过试验测试，本项目所设计的高性能运动控制卡的静态控制精度在±1个脉冲范围之内，其位置伺服系统的动态响应时间为200ms。

本项目在提高数控机床运动控制系统的控制性能、可靠性及实用性等方面作了有益的工作，为其在数控机床中的推广与应用铺平了道路。

本项目研制的运动控制卡为自主开发研制，具有自主知识产权，不但能满足数控系统高速高精度的应用要求，控制效果良好，而且成本低，价格竞争空间大，市场竞争能力强，可实现协作企业现有设备的数控化改造，改善现有设备的加工精度;提高其生产线的自动化程度，从而提高企业的生产效率。

本项目授权1项发明专利和1项实用新型专利权，培养了2名高校本科生和2名高校研究生。