目标点跟踪法在DSP运动控制卡中的应用
冯娟，王晓初，严兆彬
(广东工业大学，广东广州510006)
摘要：以直线插补和圆弧插补为例，阐述了目标点跟踪法插补原理。该插补算法运算简单，插补精度高，能够满足控制系统高速高精度的要求，且易于实现抛物线、双曲线、螺旋曲线等复杂曲线的插补。将该插补算法应用于DSP运动控制卡中，通过DSP产生脉冲分配，从而实现对控制系统运动过程准确、快速的控制。
关键词：DSP；运动控制卡；目标点跟踪插补算法
中图分类号：TM383．6 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)06—0019—02
0引言
TMS320LF2407是TMS320C2000系列16位定点DSP芯片，在运动控制卡中，DSP接收上位机的运动控制指令或控制参数，通过位置控制和速度控制算法，将计算出的脉冲信号经脉冲驱动送电机驱动器，实现步进电动机的实时控制。寻求一种适合该运动控制过程的插补算法，对于提高运算效率，充分利用DSP的快速性，实现运动控制卡对运动过程的高速高精度控制是非常重要的。
1目标点跟踪法原理
1．1目标点跟踪法优点
目标点跟踪法又名伸雄式函数发生器(SPG)，其主要优点如下：
(1)插补原理简单，只需简单的加减法运算；
(2)插补精度较高，直线插补误差小于一个脉冲当量，圆弧插补结束时一定闭合，且插补直线和圆弧不会产生积累误差；
(3)进给速度容易控制；(4)能够进行直线、圆弧、抛物线、双曲线等多种曲线插补；
(5)能扩展各种复合曲线，如螺旋曲线等。
1．2目标点跟踪法原理
1．2.1直线插补
直线插补的脉冲分配如图1所示。设一直线OP，起点在坐标原点0(0，0)，终点为P(Xp，Yp)。对OP插补较理想的脉冲分配是：x轴分配xp。个脉冲，Y轴分配Yp个脉冲；x轴相邻脉冲的时间间隔为a，Y轴相邻脉冲的时间间隔为b，且满足aXp=6Yp。如果以脉冲密度高的轴为基准，在该轴整个进给脉冲期间，逐次判断其相对的另一轴脉冲是否存在，以判断是否进给，即可实现上述脉冲分配。
直线插补脉冲分配流程如图2所示，其中F为偏差判别函数[1]，F=F—Xp+Yp；令起始点在直线上，则F=0。△x=1表示向x轴进给一步，△x=0表示x轴不进给，Y轴同理。进给过程中Xp、Yp保持不变。假设Xp>Yp，则a<b，即x轴脉冲密度高，则以x轴脉冲为基准，在x轴整个进给脉冲间，根据偏差判别函数F，逐次判断其相对的Y轴脉冲是否存在，直到到达终点，插补结束。
用这种方法来判断，只需简单的加减法运算即可实现直线插补，节省了程序运行时间，提高了代码效率。
1．2.2圆弧插补
以点P(A。，-B。)为圆心的顺时针方向的圆弧为例，P点是圆弧起点0的切线终点，P点的坐标为(B。，A。)，圆弧插补脉冲分配如图3所示。
由0点开始进行圆弧插补，在0点的运动方向即为切线OP 的方向，因此把由0点开始的圆弧插补，用由0点开始沿0P方向的直线插补代替，对0点附近(极小范围内)来讲其效果一样。但是，走一步以后，新一点的切线不再是0P，必须改变新一点的切线方向进行直线插补。也就是说，完成圆弧插补，可以用沿切线方向的直线插补来实现，但当每走一步后，要随时修改其所在位置到圆心的坐标值。
修改的原则是：每当向x轴分配一个脉冲，就将x轴相邻脉冲的时间间隔A。减l；每当向y轴分配一个脉冲，就将y轴相邻脉冲的时间间隔B。加l，这就成了时刻跟踪由所在位置到圆心P点的坐标值。每次计算都对x轴、y轴当前的脉冲时间间隔进行比较，将脉冲密度高的轴作为基准。如图3所示，A。≥V。，则以y轴为基准(如果A。<B。，则以x轴为基准)，每次运算后，基准轴进给一步，然后根据运算结果，通过圆弧插补的偏差判别函数 [1]，判断x轴是否同时要进给。如 |
