基于DSP和FPGA的四轴伺服控制器的硬件设计

1、第卷第期煤矿机械竺！望曼型丛翌皇丝璺里坠翌！型竺竺：！文章编号：（）基于和的四轴伺服控制器的硬件设计朱德荣。温广宇（洛阳工业高等专科学校，河南洛阳）摘要：介绍了一种基于和的四轴电动机伺服控制器，该控制器以公司芯片砣作为主控芯片，采用标准的总线结构，具有较高的集成度和灵活性，可实时地完成运动控制过程中复杂的逻辑处理和控制算法，能实现多轴高速高精度的伺服控制。该控制器可应用于机器人、高精度数控机床等运动控制系统。关键词：伺服控制；中图号：文献标识码：。（，）：，：；。前言四轴伺服控制器硬件的总体结构如图所示。以为核心的多轴伺服控制器越来越广泛硬件设计主要包括芯片开发、内部逻辑地应用在运动控制系统中

2、，上位机只需对被控对象设计、路转换通道设计、路差分整形输入通实施总体的控制和管理，而位置反馈信号的采集，闭道设计和若干通道设计。下面分别叙述。环控制计算及控制量的输出均由伺服控制器完成，具有运算速度快，支持复杂的运动算法的特点，能实现高速度、高精度的位置伺服或轨迹跟踪控制。本文设计的四轴伺服控制器以美国公司的位定点为核心微处理器，通过总线与上位机通信，由机发出控制指令，而由伺服控制器根据接收到的指令完成具体功能，实现轴伺服电机控制，完成位置、速度控制以及直线、圆弧插补功能。本文仅对四轴伺服控制器的硬图四轴伺服控制器硬件的总体结构图件设计进行介绍。鼬总体设计四轴伺服控制器的总体设计遵循的基本原则

3、硬件结构设计是：最大可能地利用机软硬件技术，机上运芯片开发行的诸多软件的功能，如友好的界面、图形显示、网是公司推出的一款高性能络通讯等，均可以继续使用。模块化。模块化的位数字信号处理器，专门为电机控制与运动控制数构成要素能够满足用户和厂商的多样化和多层次的字优化而设计，特别适合于三相异步电机的高性能要求。动态配置系统。系统在启动、运行状态下，控制。具有多总线、多处理单元、流水线、硬件乘法自行完成系统的动态配置。可移植性。所定义的器等结构，使其具有了高速数据处理和逻辑控制能数据结构、命名习惯、用户接口外观等有利于不同系力，能够较好地完成较为复杂的控制算法。统平台的实现，软件采用分层设计模式，将与

4、软、硬在此，其主要任务是完成位置控制和速度控制件有关的部分置于底层，便于替换，实现移植。可的调节，即对芯片内部众多的功能模块扩展性。采用固定模块内部结构，预留用户专用软（如可逆计数器、捕捉寄存器、位置寄存器等）进行访件接口和提供给用户库函数和编程规范，供用户创问，内部的各模块的地址空间分配情况如表建专用系统使用。所示。万方数据基于和的四轴伺服控制器的硬件设计朱德荣，等第卷第期表地址空间分配表压值。和。，再经过运算放大器放大，产生和的模拟电压输出，模拟电压输出范地址总线分配空问地址用途围为一一，可以分别去相应的伺服驱动器，、一主机接口地址从而驱动伺服电机运动。、一接口地址（）差分整形和辅助接口电

5、路设计、一接地址差分整形电路选用的芯片是公司的、主轴码盘接口地址芯片，是具有三态输出的单片四差分接收器，每对接收端都有使能端，共模输入电压范围为±，灵敏、一计数器接口地址度可达，抗干扰性强，采用电源供电，要访问某一模块，只要通过对自身空适用于噪声环境中长总线线路的多点传输。差分整间寻址的方式来对芯片内部的各个功能模块形电路如图所示，以号轴为例说明。进行读操作或写操作即可。内部逻辑设计辅助芯片采用公司系列：，：意邕塑可编程器件，它采用可重构的工艺，把连续的快速通道与独特的嵌入式阵列（）相结合，同时结合众多可编程器件的优点来完成普通门阵列的宏功能，主要完成伺服控制器的【：各种硬件逻辑接口

6、功能。主要完成刻）二个接口的逻辑功能，即：主机接口，接口，码盘接口，接口（个接口设计略）。图差分整形电路外围电路设计图中左边信号来自于增量式电机编码器的三（）转换和运放电路设计相输出信号，该电路功能是把来自增量式码盘的差数模转换器选用公司生产的双通道位分信号和、和、和，变换成单端信号，经芯片。芯片内部结构包括逻辑变换后，变成、和单端信号，进单元、双极线性单元和薄片电阻单元。精细的入芯片内的码盘接口逻辑电路中，等待作更设计和先进的工艺使得具有低失真、低噪精确的处理，其目的在于提高信号的传输可靠性。音、高通道分隔率和低功耗等特点。数模转换和运辅助接口电路采用光电隔离技术将输入，算放大电路如图所示。

7、图中左侧信号输出信号进行隔离后与的内部接口相连，均来自芯片内的接口电路。为以消除内部系统和外部系统之间的相互影响。串行数据的时钟；为串行输入数据；结语和为通道使能信号。本四轴伺服控制器，其结构简单，软件编程容易，硬件扩充方便，具有标准的总线接口，供电，路光电隔离输入，路光电隔离输出，四路位接口和码盘信号差分输入，具有和信号捕捉功能，可编程数字滤波方式，可选曲线或曲线运动控制模式，位位置、速度、加速度和加加速度分辨率，本伺服控制器可为机电一体化系统中运动控制的数字化解决方案提供软、硬件开发平台，同时也可用于构筑具有“嵌入”式结构体系的开放式数控系统。参考文献：卢毅，赖杰与数字电路设计北京：科学出

8、版社，图转换和运放电路刘和平，王维俊，等语言开发应用北京：北京航空航天大学出版社，转换过程是：当对中的接陈耀和语言设计技术北京：电子工业出版社，口电路进行相应的操作时，数据在时钟作者简介：朱德荣（一），四川荣县人，河南洛阳工业高等专的同步下输入，一旦通道使能信号科学校机械工程系教师，主要从事单片机技术与应用的教学和科研。和有效，输入芯片的数据立即进入相工业机器人开发和研究，以及和的开发与应用，：应通道的转换数据寄存器中，同时启动相应通道的转换器，在的输出端得到转换电收稿日期：万方数据基于DSP和FPGA的四轴伺服控制器的硬件设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：朱德荣， 温广宇， ZHU De-rong， WEN Guang-yu洛阳工业高等专科学校,河南,洛阳,471003煤矿机械COAL M