[發(fā)明專利]基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器及控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810927126.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN108873790B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尤寶山;柳楠;孫瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器及控制系統(tǒng)。其中，一種基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器，包括存儲(chǔ)模塊、軟核IP和多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊被配置為執(zhí)行以下程序：設(shè)定可連續(xù)加工的線段的起始加工點(diǎn)為在X、Y、Z三軸坐標(biāo)系下的原點(diǎn)；獲取可連續(xù)加工的線段中的當(dāng)前加工點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的坐標(biāo)信息；實(shí)時(shí)求取矢量虛擬長(zhǎng)軸，其中，虛擬長(zhǎng)軸的矢量方向?yàn)閺脑c(diǎn)指向當(dāng)前加工點(diǎn)，虛擬長(zhǎng)軸的矢量大小為當(dāng)前加工點(diǎn)距離原點(diǎn)的距離大小；在虛擬長(zhǎng)軸的矢量方向上進(jìn)行調(diào)速，再利用虛擬長(zhǎng)軸對(duì)X、Y、Z三軸進(jìn)行數(shù)字積分插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸進(jìn)給脈沖的分配，最終實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)軸向的調(diào)速。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于關(guān)系國(guó)計(jì)民生的各個(gè)方面，如數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、雕刻機(jī)等。由于步進(jìn)電機(jī)具有使用簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)精確、連續(xù)運(yùn)行無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。

傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)概括起來(lái)可分為兩類，一類以微控制器(MCU)/微處理器(MPU)/數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心的系統(tǒng)；另一類以專用的運(yùn)動(dòng)控制芯片為核心的系統(tǒng)。此兩種系統(tǒng)分別在速度和成本上有不足，尤其是其單純依靠軟件的修改來(lái)達(dá)到控制要求的特點(diǎn)在許多實(shí)際應(yīng)用中不足以使其達(dá)到特定應(yīng)用場(chǎng)合的要求，且當(dāng)系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，通常需要對(duì)整個(gè)電路重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣既延長(zhǎng)了升級(jí)的周期，又增加了升級(jí)成本，因而在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。

另外，傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在沿預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，采用傳統(tǒng)的數(shù)字積分插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)軌跡的跟蹤，而傳統(tǒng)的數(shù)字積分插補(bǔ)算法要對(duì)長(zhǎng)軸L(即X、Y、Z三軸中的最長(zhǎng)軸)進(jìn)行判斷，然后通過(guò)長(zhǎng)軸進(jìn)行插補(bǔ)，而每次長(zhǎng)軸進(jìn)行切換就要進(jìn)行一次加減速控制，這在實(shí)際工程中直接影響了系統(tǒng)的性能。

而且傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在進(jìn)行加減速控制的過(guò)程是基于時(shí)間參數(shù)實(shí)現(xiàn)的，其中涉及速度、距離和加速度之間的關(guān)系，需要進(jìn)行復(fù)雜的乘法等運(yùn)算，這樣使得運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)速效率低。

綜上所述，亟需研發(fā)一種易于升級(jí)維護(hù)、控制性能及效率高且成本低的運(yùn)動(dòng)控制器及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一目的是提供一種基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器，其易于升級(jí)維護(hù)、控制性能及效率高且成本低。

本發(fā)明的一種基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器，包括存儲(chǔ)模塊、軟核IP和多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊被配置為執(zhí)行以下程序：

設(shè)定可連續(xù)加工的線段的起始加工點(diǎn)為在X、Y、Z三軸坐標(biāo)系下的原點(diǎn)；

獲取可連續(xù)加工的線段中的當(dāng)前加工點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的坐標(biāo)信息；

實(shí)時(shí)求取矢量虛擬長(zhǎng)軸，其中，虛擬長(zhǎng)軸的矢量方向?yàn)閺脑c(diǎn)指向當(dāng)前加工點(diǎn)，虛擬長(zhǎng)軸的矢量大小為當(dāng)前加工點(diǎn)距離原點(diǎn)的距離大小；

在虛擬長(zhǎng)軸的矢量方向上進(jìn)行調(diào)速，再利用虛擬長(zhǎng)軸對(duì)X、Y、Z三軸進(jìn)行數(shù)字積分插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸進(jìn)給脈沖的分配，最終實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)軸向的調(diào)速。

進(jìn)一步的，所述基于FPGA的SOPC多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器還包括IO模塊，所述IO模塊包括回零輸入模塊，所述回零輸入模塊用于接收外部機(jī)械回零信號(hào)，實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備回機(jī)械原點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述IO模塊還包括步進(jìn)電機(jī)控制輸出模塊，其與多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊相連，且通過(guò)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述IO模塊還包括直流電機(jī)控制輸出模塊，其與軟核IP相連，用于實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的PWM控制。

進(jìn)一步的，所述軟核IP與多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制模塊通過(guò)總線接口模塊相連。