插补算法的程序流程图如图5所示：

图5 数字积分法插补流程图

首先判断是否有外部中断信息输入，包括系统需求中的机械信号，如机床原点、工件加工原点、换刀、主轴调速和断电保护等输入/输出信号等，以及操作人员输入的暂停、停止加工、人为加、减速控制等信息。中断程序响应时需要保护好程序已经运算出的相关关键信息，包括读取的加工段落数据信息以及已经加工的段落位置信息。

其次依据脉冲当量的定义：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量，得各个加工轴脉冲总数为：

（其中l为每一轴的长度分量）

式4

并选出具有最大加工脉冲数的轴作为基础轴。电机控制器还需要脉冲的方向信息，脉冲方向由事先约定好的方向规定来确定，可通过读入的数据文件判断。插补计算初始化阶段设置各计数参量初始值，如图5数字积分法插补流程图中所示，COUNT存储基础轴与短轴之间的比例值，其数值为：基础轴脉冲数/短轴脉冲数；LONG为基础轴的累加统计变量，基础轴每发送一个脉冲，其值加1；SHORT为短轴的累加统计变量，初始化阶段大电流电感将COUNT的值赋予SHORT。每次插补运算以基础轴发送一个脉冲开始，并累加LONG中的值；然后判定LONG的值与SHORT值的整数部分，当两者相等时，表示此时将发送一个短轴脉冲，不等时则继续发送一个基础轴脉冲。发送短轴脉冲时，由于短轴的脉冲是跟随基础轴发送，所以计算其继基础轴发送后，所需的延时发送时间，其延时数值为1/f（SHORT-LONG），并将COUNT的值累加到SHORT中，新的SHORT值作为下一次发送短轴脉冲的判断基准。每次计算各个发送轴后，都将产生一组固定的信息：脉冲发送标志位，脉冲延时时间和脉冲方向标志位，这些信息将被进一步加工生成发送到FPGA中的控制脉冲信息。

结果分析

将ARM作为主运算处理器时，其上不仅要运行插补程序，进行实时的加工信息读入、速度控制预算以及脉冲发送的计算，同时还要运行后台操作系统，并处理用户输入信息，如果再在其上设定延时程序并控制脉冲发送，则ARM的运算负担将变得过重。因此，采用FPGA协处理运算方案，辅助ARM进行脉冲的延时发送。

设FPGA的频率为，则其进行一次基数累加计算时间为，电机的当前执行速度为Vs，脉冲当量为，则当前的发送脉冲的频率为：

式5

则此时每个脉冲的间隔换算为FPGA的累加次数则为：

式6

在加减速阶段，采用指数方式，其中基础轴每一段的频率变化为事先计算好的，即式6中的fs为特定值，而对于短轴来说，其延时发送频率值可由计算时使用到的公式1/f（SHORT-LONG）求得，即每一步脉冲的频率用式6即可确定。ARM在计算每一次脉冲的发送时，需要将脉冲的延时计数次数一并计算，然后与脉冲发送的方向一起送到FPGA中。步进电机控制器对控制脉冲的持续时间有一定要求，设其需求的脉冲持续时间为TP，则FPGA中，脉冲的持续时间计数：

式7

FPGA通过送来的脉冲方向以及脉冲计数次数，即可以计数延时的方式，将此脉冲按照理论的计算频率发送至步进电机控制器，完成对电机控制器的控制脉冲发送。发送的控制波形图如图6所示：

大电流电感

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