[发明专利]基于ZYNQ7000SOC的坡口切割机及其控制系统

权利要求书

1.基于ZYNQ 7000 SOC的坡口切割机，包括控制器、X-Y-Z机械系统和回转切割头， X-Y-Z机械系统是一个龙门式的三维运动系统，包括X轴、Y轴和Z轴，回转切割头安装在X-Y-Z机械系统的横梁上，其特征在于：所述控制器是基于ZYNQ 7000构架的SOC主控模块，包括计算模块、FPGA模块和通用外设接口；还包括A轴、B轴和C轴三个伺服控制，所述计算模块通过正向运动学方程计算获得每个轴的运行目标位置后，通过FPGA模块进行插补运算得到脉冲信号，然后通过通用外设接口驱动伺服控制的运动，实现多轴的同步联动控制；所述A轴为无限旋转轴，B轴为摆动轴，两轴通过旋转+偏摆的形式实现坡口切割割炬的姿态控制；所述C轴为系统扩展升级预留轴接口。

2.如权利要求1所述的坡口切割机，其特征在于：所述Z轴做升降轨迹移动或者单独高度调节跟踪。

3.如权利要求2所述的坡口切割机，其特征在于所述 Z轴采用速度控制模式，利用编码器使用PID算法：duk = Kp × （ek – ek1）+ Ki × ek + Kd × （ek – 2×ek1 + ek2），来实现Z轴的实时跟踪，其中ek，ek1，ek2分别表示本周期落差，前周期落差，前前周期落差，Z轴速度Uk = Uk – duk。

4.如权利要求2或3所述的坡口切割机，其特征在于控制器系统使用JFFS2日志型文件系统，RAM芯片为铁电RAM芯片。

5.基于ZYNQ 7000 SOC的坡口切割机控制系统，其特征在于：包括如权利要求1所述的坡口切割机、外部IO输入/输出接口卡、人机交互设备，所述外部IO输入/输出接口卡通过运动控制卡连接至X-Y-Z机械系统，实现多轴的同步联动；所述人机交互设备用于连接控制器的外设。

6.如权利要求5所述的坡口切割机控制系统，其特征在于：所述外部IO输入/输出接口卡通过光耦进行隔离，并使用滤波电路进行滤波。

7.如权利要求5所述的坡口切割机控制系统，其特征在于：所述控制器采用Debian Wheezy armhf版操作系统。

8.如权利要求6或者7所述的坡口切割机控制系统，其特征在于：所述人机交互设备是电容性触摸屏显示器或者键盘。

9.如权利要求8所述的坡口切割机控制系统，其特征在于：所述人机交互设备通过USB-HUB提供USB的扩展口。

10.基于ZYNQ 7000 SOC的坡口切割机控制系统的使用方法，其特征在于：操作者通过人机交互设备向控制器输入指示和代码，控制器接收到用户指令后在计算模块中通过正向运动学方程计算加工得到每个轴的运行目标位置，随后在FPGA模块中进行插补运算，在每个固定的运行周期内，以实时计算的方式计算该周期内应当发送多少脉冲信号至输出口，并以该信号来驱动伺服电机运动，实现多轴联动。