【文章內(nèi)容簡介】 Vn。由Vn和△Tn相乘就可以計算出時間差△Tn中所包含的高精度動態(tài)位置信息，因此當(dāng)前有效采樣周期內(nèi)的增量式高精度動態(tài)位置信息可以由式(7)所示的高精度動態(tài)位置檢測算法得出：其中vn1和△Tn1為上一有效采樣周期的測量結(jié)果，且v0=0和△T0= 0。高精度動態(tài)位置檢測算法得到的位置信息Pn由整數(shù)和分數(shù)vn△Tnvn1Tn1 兩部分組成，其中分數(shù)部分vn△Tn。可進一步整理為可見高頻時標(biāo)脈沖頻率f0確定時vn△Tn只受vn和的影響。式中：vn是被測對象的速度， 是當(dāng)前有效采樣周期的定周期采樣點和實際采樣點之間高頻時標(biāo)脈沖的計數(shù)差，其最小有效值等于1。因此，vn△Tn所表達的動態(tài)位置信息的分辨率可以表示為:其中fPn是與被測對象速度相對應(yīng)的反饋脈沖頻率。由此可見，高精度動態(tài)位置檢測算法的測量分辨率與高頻時標(biāo)脈沖的頻率成反比，與被測對象的速度成正比，即：低速段分辨率較高，而高速段分辨率較低。因此，高精度動態(tài)位置檢測算法可以利用高頻時標(biāo)信號f0的內(nèi)插作用，從具有動態(tài)連續(xù)測量能力的增量式光柵編碼器的反饋脈沖信號中獲取比單位脈沖當(dāng)量更加精細的動態(tài)位置信息，避免了傳統(tǒng)方法因簡單累計反饋脈沖的個數(shù)所造成的截尾效應(yīng)，提高了位置反饋的動態(tài)測量分辨率?？傊?，高精度動態(tài)位置檢測算法可以提高增量式光柵編碼器位置反饋的動態(tài)測量分辨率，使伺服控制的位置環(huán)獲得更加精細的反饋輸入，降低調(diào)節(jié)輸出的波動，提高位置伺服的控制性能。 主要擬討論如何在單位時間內(nèi)可準(zhǔn)確發(fā)送脈沖個數(shù)，而且發(fā)送的脈沖個數(shù)可調(diào)。 ALTERA FPGA介紹FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。Altera 的主流FPGA分為兩大類，一種側(cè)重低成本應(yīng)用，容量中等，性能可以滿足一般的邏輯設(shè)計要求，如Cyclone，CycloneII；還有一種側(cè)重于高性能應(yīng)用，容量大，性能能滿足各類高端應(yīng)用，如Startix，StratixII等，用戶可以根據(jù)自己實際應(yīng)用要求進行選擇。在性能可以滿足的情況下，優(yōu)先選擇低成本器件?！　”敬卧O(shè)計暫時使用Cyclone系列，進行實驗驗證。 FPGA硬件 電源接入amp。濾波amp。晶振部分 內(nèi)存及FLASH JTAG下載 端口擴展部分 HDL編程語言介紹 Verilog HDL是目前應(yīng)用最為廣泛的硬件描述語言．Verilog HDL可以用來進行各種層次的邏輯設(shè)計，也可以進行數(shù)字系統(tǒng)的邏輯綜合，仿真驗證和時序分析等?！　erilog HDL適合算法級，寄存器級，邏輯級，門級和版圖級等各個層次的設(shè)計和描述．　　Verilog HDL進行設(shè)計最大的優(yōu)點是其工藝無關(guān)性．這使得工程師在功能設(shè)計，邏輯驗證階段可以不必過多考慮門級及工藝實現(xiàn)的具體細節(jié)，只需根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求施加不同的約束條件，即可設(shè)計出實際電路．EAx in x軸編碼器A相輸入 EBx in x軸編碼器B相輸入 EZx in x軸編碼器索引輸入 OUTx out x軸輸出控制電機的指令脈沖 DIRx out x軸輸出控制電機轉(zhuǎn)動方向的信號ELLx in 指定+EL信號輸入邏輯 in+ELx in x軸正方向限位信號 ELx in x軸負方向限位信號 SDx in x軸限位減速信號 ORGx in x軸原點輸入信號ALMx in x軸報警輸入，當(dāng)有效時，立即停機，或減速停機。PCSx in x軸重新設(shè)定目標(biāo)位置信號，當(dāng)有效時，重新設(shè)定目標(biāo)位置ERCx in 偏差計數(shù)器清零信號 INPx in x軸到位信號 CLRx in 復(fù)位4個計數(shù)器中指定寄存器的信號 LTCx in 鎖存4個計數(shù)器中指定寄存器的信號 BSYx in 判斷X軸是否在運動的信號 ：普通寄存器：RMV R\W 運動距離、目標(biāo)位置RFL R\W 初始速度RFH R\W 運動速度RUR R\W 加速度RDR R\W 減速度RDP R\W 減速點RMD R\W S曲線加速區(qū)段RUS R\W S曲線減速區(qū)段RCUN1 R\W COUNTER1 指令位置計數(shù)器RCUN2 R\W COUNTER2 機械位置計數(shù)器RCUN3 R\W COUNTER3偏差計數(shù)器RCUN4 R\W COUNTER4 通用計數(shù)器RCMP1 R\W 比較器1數(shù)據(jù)RCMP2 R\W 比較器2數(shù)據(jù)RCMP3 R\W 比較器3數(shù)據(jù)RCMP4 R\W 比較器4數(shù)據(jù)RCMP5 R\W 比較器5數(shù)據(jù)RIRQ R\W INT設(shè)置RLTC1 R COUNTER1鎖存數(shù)據(jù)RLTC2 R COUNTER2鎖存數(shù)據(jù)RLTC3 R COUNTER3鎖存數(shù)據(jù)RLTC4 R COUNTER4鎖存數(shù)據(jù)RPLS R 定位計數(shù)器RSPD R EZ計數(shù)器、速度監(jiān)控器RSDC R 自動計算減速點預(yù)置寄存器PRMV R\W 運動距離、目標(biāo)位置PRFL R\W 初始速度PRFH R\W 運動速度PRUR R\W 加速度PRDR R\W 減速度PRDP R\W 減速點PRMD R\W S曲線加速區(qū)段PRUS R\W S曲線減速區(qū)段：：a. 編碼器接口電路主要實現(xiàn)脈沖的精確測量，與方向測量，從而實現(xiàn)機器位置計數(shù)器，偏差計數(shù)器，通用計數(shù)器，定位控制計數(shù)器對EAx,EBx的精確計數(shù)。b. 指令位置計數(shù)器對加減速脈沖控制電路的輸出脈沖進行測量，把數(shù)傳遞給寄存器控制電路，以用來告知執(zhí)行指令的狀態(tài)。c. 機器位置計數(shù)器對編碼器接口電路的輸入脈沖進行測量，用以測量機械位置。d. 偏差計數(shù)器監(jiān)視指令位置與當(dāng)前機械位置之間的偏差，通過寄存器控制電路，對加減速脈沖控制電路進行速度或位置補償。e. 定位控制計數(shù)器對加減速脈沖控制電路的輸出進行監(jiān)視測量，和RMV寄存器比較，已判斷是否到達目標(biāo)位置。f. 比較器把計數(shù)器里的值與比較器里裝載的值相比較，來判斷此事此刻的運動狀態(tài)，再把信息反饋給寄存器控制電路g. 加減速控制電路通過裝載速度信息，從而發(fā)出脈沖驅(qū)動預(yù)置功能實現(xiàn)框圖：4 仿真實驗結(jié)果—5tclk=clk—80tclk=clk —5000tclk=clk—10000tclk=clk 5 應(yīng)用案例基于FPGA+MCU的伺服電機控制器： GUC400TPV/TPGM0XL2 是固高科技GUC 系列運動控制器的成員之一，是嵌入式PC 與運動控制器結(jié)合為一體的產(chǎn)品，與“工業(yè)計算機+運動控制器”結(jié)構(gòu)的運動控制系統(tǒng)相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力和更好的性價比。該產(chǎn)品具有優(yōu)越的運動控制功能和性能,豐富的運動控制功能等特別適用于高速、高精度精確位置控制要求的場合,強大的同步控制功能更是滿足許多行業(yè)的同步控制功能需求。如，PCB 加工，半導(dǎo)體封裝，印染，包裝，剪切，服裝加工等行業(yè)。該運動控制器還提供高速IO 現(xiàn)場總線擴展接口，可進行IO 的擴展，能滿足多IO 點控制的要求。用戶可選用固高科技現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)IO 擴展模塊及人機界面(HMI)，獲得一站式控制系統(tǒng)解決方案。5．2雷賽SMC6480SMC6480控制器是雷泰公司自主研發(fā)的基于10/100M以太網(wǎng)的通用型獨立式運動控制器，可支持多個控制器和PC組成控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中控制器的數(shù)量沒有限制；也可應(yīng)用于各種需要脫機運行的場合。 本控制器可控制4個步進或伺服電機，具有最高5MHz脈沖頻率、四軸直線插補、兩軸圓弧插補、連續(xù)曲線插補、S形曲線速度控制等高級功能。 SMC6480基于嵌入式處理器和FPGA的硬件結(jié)構(gòu)，插補算法、脈沖方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點及限位等信號的檢測處理，均由硬件實現(xiàn)，確保了高性能運動控制的高速、高精度及系統(tǒng)的穩(wěn)定。通過簡單的編程設(shè)定即可開發(fā)出穩(wěn)定可靠的高性能高速連續(xù)軌跡運動控制系統(tǒng)。 SMC6480系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如11所示。除了4個電機控制端口外，還提供了豐富的I/O接口和通訊接口：雙路高精度DA輸出，雙路PWM控制輸出，16路隔離輸入口，8路隔離輸出口，其中有兩路電流增強輸出，并可通過擴展接口擴展更多的IO接口；一個10/100M網(wǎng)絡(luò)接口、兩個RS232，可通過網(wǎng)絡(luò)或RS232直接與PC機通信；同時還可以通過RS232連接其它設(shè)備，如：文本屏、觸摸屏，作為輸入輸出界面。 6 結(jié)論 通過本次畢業(yè)設(shè)計，了解并理解了整個伺服平臺研發(fā)項目每個功能模塊的意義，也學(xué)習(xí)到了很多和伺服電機控制相關(guān)的知識，在FPGA模塊設(shè)計中，提出了一種合理的設(shè)計思路，定義了輸入輸出端口，寄存器，并成功的將主要算法進行了驗證。完成繪制了FPGA硬件原理圖，高速光耦輸入輸出原理圖，相信對下一研發(fā)項目基于FPGA的運動控制