[發(fā)明專利]一種基于FPGA的多軸電機流水線控制系統(tǒng)及其控制方法

在審

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• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112083668A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏亮;李令;蘭東洋;寧國松;譚先鋒;趙曉兀;魏章保
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶智能機器人研究院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 陳曉斌

本發(fā)明涉及一種基于FPGA的多軸電機流水線控制系統(tǒng)及其控制方法，包括電機運算電路、流水線控制電路、多路數(shù)據(jù)采集電路、多路接口電路和多路調(diào)制輸出電路；流水線控制電路提供第一時序，所有電機軸的采樣數(shù)據(jù)和電機運動控制指令按照第一時序輪詢輸入到電機運算電路中；電機運算電路按照第一時序計算出每個電機軸的誤差調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；流水線控制電路還提供第二時序，所有調(diào)制輸出電路按照第二時序輪詢接收誤差調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；調(diào)制輸出電路按照第二時序接收對應(yīng)電機軸的誤差調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)，并計算出對應(yīng)的三相占空比調(diào)制信號輸出給對應(yīng)的電機。本發(fā)明無論有多少個電機軸均只需要一個電機運算電路，以流水線的方式實現(xiàn)多軸電機并行控制，成倍地減少FPGA占用資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的多軸電機流水線控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

交流伺服永磁同步電機是一種帶位置運轉(zhuǎn)反饋裝置的電磁機械。電機在伺服驅(qū)動設(shè)備的控制下，位移輸出與數(shù)字指令位置輸入嚴格同步，具有較高的控制精度，且控制簡單，啟停迅速，性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)、機器人等領(lǐng)域。隨著工業(yè)自動化的深入發(fā)展，越來越多的設(shè)備上同時需要多個軸相互配合協(xié)同完成空間軌跡的運動控制，如多軸機械加工中心、多關(guān)節(jié)機械手等設(shè)備。各個軸上電機如何協(xié)同控制及其實現(xiàn)方法，是多軸電機控制器需要研究解決的問題。

對于多軸電機的控制，現(xiàn)有技術(shù)中有基于MCU或DSP等微處理器采用純軟件的方法實現(xiàn)，但是基于軟件的方法易產(chǎn)生滯后，降低了電機控制的實時性，降低了多軸電機控制系統(tǒng)的控制性能。因此，出現(xiàn)了基于FPGA的純硬件邏輯的方法實現(xiàn)，如圖1所示，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中的FPGA電機多軸并行控制系統(tǒng)，用單塊FPGA芯片控制多個電機獨立運行，包括多路數(shù)據(jù)采集電路1、多路接口電路2、多路電機運算電路3和多路調(diào)制輸出電路4。多路數(shù)據(jù)采集電路1具體分別為第一軸電機、第二軸電機到第n軸電機的采樣電路，其中，采集的數(shù)據(jù)包括相電流數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)；多路接口電路2具體分別為第一軸電機、第二軸電機到第n軸電機的控制指令輸入接口電路，其中，控制指令包括位置請求指令、系統(tǒng)同步指令和控制參數(shù)下發(fā)指令等；多路電機運算電路3具體分別為第一軸電機、第二軸電機到第n軸電機的計算電路，其中，計算的數(shù)據(jù)包括位置的誤差與調(diào)節(jié)量、速度的誤差與調(diào)節(jié)量以及電流的誤差與調(diào)節(jié)量；多路調(diào)制輸出電路4具體分別為第一軸電機、第二軸電機到第n軸電機的U、V、W三相占空比輸出電路。

現(xiàn)有的FPGA電機多軸并行控制系統(tǒng)中，各軸電機可以分別利用各自通道的數(shù)據(jù)采集電路、指令輸入電路和電機運算電路獨立計算邏輯實現(xiàn)并行控制，各軸之間互不影響。然而，該控制系統(tǒng)中需要電機運算電路，因此需要重復(fù)占用FPGA計算邏輯，造成資源浪費，芯片成本增加，對FPGA芯片的要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于FPGA的多軸電機流水線控制系統(tǒng)及其控制方法，無論有多少個電機軸都只利用一個電機運算電路，以流水線的方式實現(xiàn)多軸電機的并行控制，成倍地減少FPGA占用資源，節(jié)省芯片成本。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種基于FPGA的多軸電機流水線控制系統(tǒng)，包括設(shè)置于FPGA可編程邏輯器件上的電機運算電路、流水線控制電路、多路數(shù)據(jù)采集電路、多路接口電路和多路調(diào)制輸出電路；

所述數(shù)據(jù)采集電路，用于獲取電機軸的采樣數(shù)據(jù)；

所述接口電路，用于獲取電機軸的電機運動控制指令；

所述流水線控制電路，用于提供第一時序，所述第一時序用于控制所有電機軸的采樣數(shù)據(jù)和電機運動控制指令以流水線方式輪詢輸入到所述電機運算電路中；

所述電機運算電路，用于根據(jù)按照所述第一時序輸入的所述采樣數(shù)據(jù)和所述電機運動控制指令，計算出每個電機軸的誤差調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)；