基于FPGA的四軸運動控制器研究.pdf

1、運動控制技術(shù)是一門綜合性、多學科交叉的技術(shù),是推動新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。在現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)中,運動控制技術(shù)有著最廣泛的用途,并承擔著最復雜的任務。隨著運動控制產(chǎn)品的市場需求不斷增長,運動控制技術(shù)得到極速發(fā)展,產(chǎn)品種類和應用范圍也在不斷擴大。近年來電子信息等高科技技術(shù)的發(fā)展,為運動控制提供了更大的發(fā)展空間和更廣闊的市場。
　　 本文首先從課題背景出發(fā),研究了數(shù)控系統(tǒng)和運動控制器的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了當前運動控制的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展趨

2、勢,通過對運動控制技術(shù)的深入研究并結(jié)合實際系統(tǒng)的需求和性能指標要求,提出了以FPGA為核心處理器的運動控制系統(tǒng),設計一款功能較強、柔性的四軸運動控制器,完成了系統(tǒng)硬件電路設計、硬件模塊實現(xiàn)和調(diào)試等。本課題的主要研究內(nèi)容有以下幾個方面:
　　 1、根據(jù)運動控制器的功能需求和性能指標,提出并設計合理的硬件結(jié)構(gòu)體系,采用MCU+FPGA的總體設計方案并給出了FPGA運動控制芯片內(nèi)部的詳細設計。FPGA作為主處理器,集成了運動控制器的主

3、要算法,包括插補算法,加減速算法以及電機時序控制算法等,上位機選MCU作為從處理器,主要做一些任務調(diào)度以及狀態(tài)監(jiān)控等功能。
　　 2、本文整個系統(tǒng)主要從兩個方面來設計,一是核心處理器FPGA運動控制芯片的設計,另一個是以該運動控制芯片核心的最小系統(tǒng)的設計和上位機的接口設計。經(jīng)過分析最終確定FPGA芯片選用ALTERA公司的EP1C6Q240C8N芯片,上位機的USB接口芯片為Cypress公司的CY7C68013-128AXC。

4、
　　 3、分析了當前運動控制器常用的插補算法和加減速控制算法,并簡要的闡述了它們的原理,然后比較其優(yōu)缺點和適用范圍,最后選用DDA數(shù)字積分法來實現(xiàn)主要的插補算法,用VHDL硬件描述語言來設計實現(xiàn)梯形和指數(shù)曲線加減速算法。在分析指數(shù)曲線加減速的缺點后,提出了減速段采用逆指數(shù)減速的方法,并進行了設計與實現(xiàn)。
　　 4、對FPGA內(nèi)部的其他功能模塊的工作原理進行了詳細的闡述,并對各功能模塊的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進行了詳細的設計,這些