运动控制技术是现代工业自动化技术的重要组成部分,是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。运动控制卡作为运动控制技术的主要应用平台,研究高精度、低成本的运动控制卡是实施“中国制造2025”,推动制造业由大变强,实现产业升级所必然面临的一个重大课题;而在中低端市场,国内大量自动化厂商对低价稳定、高性价比的运控产品需求依然旺盛,且占据了国内大部分的市场份额,经济效益可观。在参考国内外运动控制卡研究成果和市场需求的基础上,本文对运动控制卡的软、硬件和控制算法进行了研究与开发工作,为后续的完善和推广提供了理论积累和技术储备。具体内容如下:1)总体方案设计。通过分析运动控制系统的功能需求并结合运动控制卡的发展趋势,提出了运动控制卡的总体设计方案;2)硬件系统设计。以DSP为控制核心,又在其外围扩展了基于FPGA的地址译码、通用输入/输出、D/A、A/D和编码器反馈等模块,实现三轴同步控制和信号采集等功能;采用标准以太网实现上位机与运动控制卡通信;3)软件系统开发。以可移植性强、便于二次开发、操作简单为主要设计原则,基于模块化、层次化的设计思想,进行人机交互界面、应用程序、动态链接库和通信协议等单元的设计开发;4)算法推导与仿真。基于输入整形器和前馈控制器的轨迹跟踪算法的理论推导和Matlab/Simulink仿真,实现对给定输入轨迹的精确跟踪和残余振动抑制;5)实验。利用运动控制卡和直线伺服电机系统搭建实验平台,测试运动控制卡软、硬件,同时验证轨迹跟踪算法。设计实现的运动控制卡,满足了开放化、网络化和个性化的发展需求。其中硬件系统通过外围扩展,实现了模块化和可扩展性,这样可以针对一些细分行业的特殊需求,灵活提供硬件方案;软件系统通过可编程接口函数为后期的二次开发提供了便利,缩短了在不同硬件平台上的开发周期,降低企业成本;相比于现有的轨迹跟踪算法,论文提出的控制算法控制器参数收敛速度快,应用范围广,同时表现出了良好的末端残余振动抑制效果。最后,论文对研究工作进行了总结,分析了运动控制卡及控制算法的优势与不足,对未来的研究方向做出了展望。