基于zynqsoc的多軸運動控制系統(tǒng)-預(yù)覽頁
【正文】 （2） 系統(tǒng)需采用不同通信接口的驅(qū)動設(shè)備，難以購買成套設(shè)備；（3）當(dāng)設(shè)備數(shù)量和設(shè)備間通信的信息量增加時，將對系統(tǒng)通信模塊的設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。系統(tǒng)集成化程度得到全面的提升，配置更加靈活，可以實現(xiàn)不同設(shè)備間的互聯(lián)。交叉耦合控制器設(shè)計難度大，實現(xiàn)困難。上述這些功能的實現(xiàn)，需要復(fù)雜的硬件設(shè)計、強大的實時計算能力、昂貴的系統(tǒng)配置和較高的系統(tǒng)功耗。并且，該系統(tǒng)還將包括多軸串聯(lián)控制器輔助調(diào)試和可視化人機交互接口等一系列功能。本設(shè)計擬將多軸控制系統(tǒng)從底層驅(qū)動至上位機人機交互等一整套完整的功能，通過分層實現(xiàn)的方法逐一實現(xiàn) PMSM 驅(qū)動、驅(qū)動級協(xié)同、基于操作系統(tǒng)的人機交互OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)5等層次設(shè)計。單片處理器擁有雙核 ARM Cortex A9 處理系統(tǒng)和 28nm Xilinx 7 系列可編程邏輯單元。Zynq7000 處理器強大的處理能力、豐富的計算手段可以實現(xiàn)多軸串聯(lián)控制器參數(shù)的在線整定。從底層的多軸串聯(lián)控制算法，到系統(tǒng)上層的人機交互與基于模型的計算機輔助調(diào)試功能，都可以在一塊芯片中完成。同時，將有助于多軸控制系統(tǒng)的理論分析與工程設(shè)計相結(jié)合，具有學(xué)術(shù)研究價值。前期系統(tǒng)模型和分析利用 Matlab 完成。針對多軸串聯(lián)控制器，本設(shè)計采用交叉耦合結(jié)構(gòu)，在線監(jiān)測各軸工作狀態(tài)，以此自適應(yīng)調(diào)整各個單軸控制器和多軸控制器。圖 多軸控制系統(tǒng)框圖OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)93 項目系統(tǒng)框架圖 ZYNQ 硬件系統(tǒng)框架圖圖 系統(tǒng)頂層設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。ARM CortexA9 處理核心主要負(fù)責(zé)人機交互、系統(tǒng)通信、任務(wù)管理和部分實時控制任務(wù)。并通OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)10過與 Zynq 可編程邏輯的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)系統(tǒng)高速并行處理。圖 硬件系統(tǒng)框架圖 軟件系統(tǒng)框架圖本項目將采用軟/硬件協(xié)同設(shè)計的方式進行開發(fā)。CortexA9 CPU1 搭載 Linux 操作系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)信息交互與高性能處理設(shè)備擴展。但是在模糊控制器的實現(xiàn)中，對于規(guī)則整定參數(shù)調(diào)節(jié)等方便存在一定的難度，所以對于規(guī)則表的自整定也是研究的熱門話題。而 ZYNQ 邏輯資源量遠(yuǎn)大于該 FPGA 的資源量。實際實驗OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)13平臺依照圖 設(shè)計實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)可有效發(fā)揮各單軸驅(qū)動性能，保證系統(tǒng)響應(yīng)迅速，抗擾動能力強。具體到該平臺上就是在綠色大齒輪和黃色齒輪的轉(zhuǎn)動上做協(xié)同控制，保證兩個齒輪上固定的細(xì)連接桿不斷。（5）系統(tǒng)支持可重配置通用接口，可連接不同電機驅(qū)動。OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)145 附錄一：項目技術(shù)基礎(chǔ)參與比賽項目： 第三屆 OpenHW 開源硬件與嵌入式大賽，項目名稱為“基于軟硬件協(xié)同處理的小型輪式機器人平臺” ，項目連接： 軟硬件協(xié)同設(shè)計架構(gòu)該項目中使用 Xilinx 公司 Spartan 6 系列 FPGA 芯片 XC6SLX16 和ARM7 處理器 NXP LPC2478 基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種層次化的處理平臺、三種協(xié)同處理架構(gòu)以及通用協(xié)同處理片內(nèi)結(jié)構(gòu)，并在輪式機器人應(yīng)用中進行具體設(shè)計，完成了數(shù)字圖像處理、雙閉環(huán)運動控制、點陣液晶顯示、智能手機平臺控制。然而基于開發(fā)控制系統(tǒng)的商業(yè)性、系統(tǒng)可升級性、算法復(fù)雜度以及工具鏈、生態(tài)鏈成熟度的角度考慮，使用基于 ARM 的 CPU 作為主控制器更易于實現(xiàn)該平臺。圖 5. 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 軟件設(shè)計ARM7 主控制器方面移植 TOPPERS/ASP 實時操作系統(tǒng)，并且實現(xiàn)了 USB 主從協(xié)議棧，以太網(wǎng)協(xié)議棧，文件系統(tǒng)等組件，ARM 通過EMC 總線訪問 FPGA 的資源，這樣只要定義好訪問規(guī)則以及含義就像訪問一個普通的外設(shè)一樣方便。通過定義好的通信協(xié)議我們可以通過android 客戶端做更多更高級的算法處理，將處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳輸回去。6 附錄二：ZYNQ 基礎(chǔ)在之前參數(shù)的美信 DIY 大賽中，我們對 ZYNQ 做了初步探索實現(xiàn)。圖 美信 DIY 大賽系統(tǒng)圖圖 NTShell 操作界面OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)19在 PL 部分，實現(xiàn)了對多電機控制器的 IP 核，并實現(xiàn)了M_AXI_GP 的 AXI 總線接口。圖 美信
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