基于FPGA的四軸運(yùn)動控制器研究.pdf

1、運(yùn)動控制技術(shù)是一門綜合性、多學(xué)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(yùn)動控制技術(shù)有著最廣泛的用途,并承擔(dān)著最復(fù)雜的任務(wù)。隨著運(yùn)動控制產(chǎn)品的市場需求不斷增長,運(yùn)動控制技術(shù)得到極速發(fā)展,產(chǎn)品種類和應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。近年來電子信息等高科技技術(shù)的發(fā)展,為運(yùn)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(yùn)動控制器的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了當(dāng)前運(yùn)動控制的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展趨

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

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

4、
　　 3、分析了當(dāng)前運(yùn)動控制器常用的插補(bǔ)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(diǎn)和適用范圍,最后選用DDA數(shù)字積分法來實(shí)現(xiàn)主要的插補(bǔ)算法,用VHDL硬件描述語言來設(shè)計(jì)實(shí)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(diǎn)后,提出了減速段采用逆指數(shù)減速的方法,并進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　 4、對FPGA內(nèi)部的其他功能模塊的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,并對各功能模塊的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),這些