[發(fā)明專利]一種基于SOPC技術(shù)的機(jī)電伺服控制平臺

在審

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• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110456708A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李光學(xué);劉海山;王首浩;郭燕紅;耿海龍;孫宇偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于SOPC技術(shù)的機(jī)電伺服控制平臺，包括總線接口、片上控制單元、解碼器R/D變換單元、功率驅(qū)動單元、AD采集單元、伺服機(jī)構(gòu)；所述片上控制單元通過總線接口的線路接收控制系統(tǒng)的控制指令，然后片上控制單元采集所述器解碼R/D變換單元反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)定子位置信息，采集A/D采集單元反饋的UV相電流和作動器位移信號，片上控制單元根據(jù)接收到的控制指令和采集的信息運(yùn)行位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出控制信號PWM；控制信號PWM經(jīng)平臺中的功率驅(qū)動單元驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)伺服控制的功能。本發(fā)明將SOPC技術(shù)用于機(jī)電伺服控制平臺可以提升設(shè)計(jì)的系列化、模塊化、通用化水平，提高效率，降低成本，具有良好的發(fā)展前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)電伺服控制平臺，具體說涉及一種伺服系統(tǒng)用的基于SOPC技術(shù)的智能機(jī)電伺服控制平臺。

背景技術(shù)

隨著伺服系統(tǒng)向小型化，低成本，智能化，高集成度的方向發(fā)展，機(jī)電伺服以其“結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、投產(chǎn)便捷、性價(jià)比高”等優(yōu)良的性能，已經(jīng)在航天、軍工，以及軍轉(zhuǎn)民技術(shù)項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。原有系統(tǒng)采用的主要技術(shù)DSP處理器+FPGA架構(gòu)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺的弊端日益顯現(xiàn)。一方面DSP與FPGA這兩個芯片間是通過PCB板級互連，其數(shù)據(jù)傳輸率必然受到總線帶寬及接口的限制很難得到提高；其次當(dāng)硬件平臺設(shè)計(jì)制作完成后，如果出現(xiàn)需求變化或者新增需求時(shí)，需要更改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。硬件平臺必須重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)，極大的限制了其應(yīng)用范圍。

SOPC是以FPGA為載體進(jìn)行設(shè)計(jì)的片上系統(tǒng)，其結(jié)合了SOC和FPGA的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)可定制，擁有強(qiáng)大的并行計(jì)算能力，高速通信總線，豐富的IP核資源，基于標(biāo)準(zhǔn)接口的IP復(fù)用，形成了一個基于單芯片的綜合電子系統(tǒng)，將SOPC技術(shù)用于機(jī)電伺服控制平臺可以提升設(shè)計(jì)的系列化、模塊化、通用化水平，提高效率，降低成本，具有良好的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種基于SOPC技術(shù)的智能機(jī)電伺服控制平臺，其主要技術(shù)特點(diǎn)在于：在單片F(xiàn)PGA上，將控制軟核、控制邏輯、PWM模塊，通信模塊等以IP核的形式組成一個片上控制單元，外圍添加A/D采集單元，旋變解碼單元，功率驅(qū)動單元，最終完成對機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制。其具有高性能，可裁剪，可配置，軟硬件可復(fù)用的特點(diǎn)，可以靈活適配于不同總線系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)高度機(jī)電一體化集成，同時(shí)可以通過動態(tài)重構(gòu)智能匹配通道數(shù)實(shí)現(xiàn)一對多的機(jī)電控制。

工作原理：通過斜V型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)承載過程中剛度的自適應(yīng)變化，通過調(diào)節(jié)斜V形結(jié)構(gòu)傾角、厚度及分布間距實(shí)現(xiàn)變剛度特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

一種基于SOPC技術(shù)的機(jī)電伺服控制平臺，包括總線接口、片上控制單元、解碼器R/D變換單元、功率驅(qū)動單元、A/D采集單元、伺服機(jī)構(gòu)；所述片上控制單元通過總線接口接收控制系統(tǒng)的控制指令，之后采集所述解碼器R/D變換單元反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)定子位置信息，采集A/D采集單元反饋的UV相電流和作動器位移信號；所述片上控制單元根據(jù)接收的控制指令和采集的位置信息與位移信號運(yùn)行位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制算法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出控制信號PWM；控制信號PWM經(jīng)平臺中的功率驅(qū)動單元驅(qū)動伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動。

進(jìn)一步的，所述平臺還包括供電單元、配置單元、電流信號調(diào)理、限流單元，所述供電單元負(fù)責(zé)整個控制系統(tǒng)的供電；所述配置單元由外部存儲器構(gòu)成，用來存儲片上控制單元的配置數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)，配置單元通過專用總線與片上控制單元通信；限流單元接收經(jīng)過電流信號調(diào)理電路的UV相電流，當(dāng)檢測到所述UV相電流超過設(shè)定的電流閥值時(shí)，輸出信號給片上控制單元，片上控制單元根據(jù)控制算法關(guān)閉輸出控制信號，達(dá)到保護(hù)伺服控制平臺的功能。

進(jìn)一步的，所述片上控制單元由基于SOPC技術(shù)的片上可編程系統(tǒng)組成，包括嵌入式軟核、定制IP、HDL單元；其中所述嵌入式軟核主要實(shí)現(xiàn)控制計(jì)算功能，定制IP實(shí)現(xiàn)嵌入式軟核與外部各功能單元進(jìn)行交互的功能，以及實(shí)現(xiàn)用戶的特定定制功能，HDL單元包括組合邏輯與時(shí)序邏輯，實(shí)現(xiàn)整個伺服控制平臺所需的控制邏輯。