基于FPGA的PCI接口運(yùn)動控制卡的研究.pdf

1、運(yùn)動控制技術(shù)是機(jī)電一體化的核心部分，提高運(yùn)動控制技術(shù)水平對于提高我國的機(jī)電一體化技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。運(yùn)動控制技術(shù)的發(fā)展是制造自動化前進(jìn)的旋律，是推動新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)。對于數(shù)控系統(tǒng)來說，最重要的是控制各個電機(jī)軸的運(yùn)動，這是運(yùn)動控制器接收并依照數(shù)控裝置的指令來控制各個電機(jī)軸運(yùn)動從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的，數(shù)據(jù)加工中的定位控制精度、速度調(diào)節(jié)的性能等重要指標(biāo)都與運(yùn)動控制器直接相關(guān)。目前對數(shù)控系統(tǒng)的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上，而其

2、核心部分就是對步進(jìn)、伺服電機(jī)進(jìn)行控制的運(yùn)動控制卡的研究。對PC-NC來說，運(yùn)動控制卡的性能很大程度上決定了整個數(shù)控系統(tǒng)的性能，而微電子和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，使運(yùn)動控制卡的性能得到了不斷改進(jìn)，集成度和可靠性大大提高。 本課題通過對運(yùn)動控制技術(shù)的深入研究，并針對國內(nèi)運(yùn)動控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前運(yùn)動控制領(lǐng)域的具體需要，緊跟當(dāng)前運(yùn)動控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢，吸收了數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運(yùn)動控制技術(shù)的最新成果，提出了基于P

3、CI和FPGA的方案，研制了一款比較新穎的、功能強(qiáng)大的、具有很大柔性的四軸多功能運(yùn)動控制卡。 本課題的具體研究主要有以下幾方面： 首先，通過對運(yùn)動控制卡及運(yùn)動控制系統(tǒng)等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研，和對運(yùn)動控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí)，在比較了幾種常用的運(yùn)動控制方案的基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的運(yùn)動控制設(shè)計方案，并規(guī)劃了板卡的總體設(shè)計。 其次，根據(jù)總體設(shè)計，規(guī)劃了板卡的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)劃分并實(shí)現(xiàn)了FPGA各部分的功能；利用光電隔離原理設(shè)計

4、了數(shù)字輸入/輸出電路。 再次，利用FPGA的資源實(shí)現(xiàn)了PCI從設(shè)備接口，達(dá)到跟控制卡通信的目的，針對運(yùn)動控制中的一些具體問題，如運(yùn)動平穩(wěn)性、實(shí)時控制以及多軸聯(lián)動等，在FPGA上設(shè)計了四軸運(yùn)動控制電路，定義了各個寄存器的具體功能，設(shè)計了功能齊全的加／減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個功能各異的計數(shù)器電路等，自動降速點(diǎn)運(yùn)動、A／B相編碼器倍頻計數(shù)電路等特殊功能。最后，進(jìn)行了本運(yùn)動控制卡的測試，從測試和應(yīng)用結(jié)果來看，該卡達(dá)