运动控制器是数控系统的核心,是数控领域研究的热点。本文以开发一款功能丰富、性能稳定、可靠性高、符合开放性要求的运动控制器为目标,深入研究了嵌入式运动控制器的关键算法和技术。论文主要工作包括:首先,介绍了基于ARM+DSP+FPGA的嵌入式运动控制器总体硬件架构及各模块的功能。ARM作为主控单元,负责G代码解析、状态切换、与HMI交互;DSP负责实现插补、速度规划、动态前瞻等控制算法;FPGA一方面提供DPRAM作为ARM和DSP沟通的桥梁,另一方面负责控制脉冲输出和I/O管理。研究了ARM加载Linux操作系统的过程,解决了访问外部设备的问题;深入研究了DSP的硬件配置,实现了DSP从NOR FLASH启动;研究了FPGA的脉冲均匀化实现方案。其次,对运动控制卡的插补和速度规划算法进行了深入研究,实现了多轴直线插补和平面圆弧插补算法;通过几何变换,将椭圆插补和空间圆弧插补转化为平面圆弧插补加以实现;介绍了S/T形加减速算法的原理和实现过程;深入研究PVT算法,基于分段Hermite插值和三次样条拟合,推导出PVT/Complete/Percent/Continuous描述方式下的算法实现过程。通过对算法进行软件仿真,验证了算法的准确性和有效性。再次,对连续轨迹过渡算法进行了深入研究,提出连续轨迹处理框架,从插补离散化的角度分析了拐点过渡的必要性,建立了直线与直线、直线与圆弧等的拐点过渡模型,分析了拐点速度约束条件。由于拐点速度约束模型为递归不等式组,在工程上难以实现,通过引入比例系数和修正加速度,提出工程上可行的动态前瞻算法,实现了多段线和样条曲线的连续加工。最后,采用Matlab仿真与实际加工相结合的方案,验证算法的合理性。通过监控驱动器输入脉冲测试PVT算法;通过在点胶机平台上实际绘制多段线和样条曲线,测试连续轨迹过渡和动态前瞻算法。测试结果表明,本文设计开发的运动控制器具有良好的功能和性能。