基于FPGA的四轴运动控制器研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文摘要运动控制技术是一门综合性、多学科交叉的技术，是推动新的产业革命的关键技术。在现代工业自动化技术中，运动控制技术有着最广泛的用途，并承担着最复杂的任务。随着运动控制产品的市场需求不断增长，运动控制技术得到极速发展，产品种类和应用范围也在不断扩大。近年来电子信息等高科技技术的发展，为运动控制提供了更大的发展空间和更广阔的市场。本文首先从课题背景出发，研究了数控系统和运动控制器的发展现状，分析了当前运动控制的关键技术以及发展趋势，通过对运动控制技术的深入研究并结合实际系统的需求和性能指标要求，提出了以FPGA为核心处

2、理器的运动控制系统，设计一款功能较强、柔性的四轴运动控制器，完成了系统硬件电路设计、硬件模块实现和调试等。本课题的主要研究内容有以下几个方面：1、根据运动控制器的功能需求和性能指标，提出并设计合理的硬件结构体系，采用MCU+FPGA的总体设计方案并给出了FPGA运动控制芯片内部的详细设计。FPGA作为主处理器，集成了运动控制器的主要算法，包括插补算法，加减速算法以及电机时序控制算法等，上位机选MCU作为从处理器，主要做一些任务调度以及状态监控等功能。2、本文整个系统主要从两个方面来设计，一是核心处理器FPGA运动控制芯片的设计，另一个是以该运

3、动控制芯片核心的最小系统的设计和上位机的接口设计。经过分析最终确定FPGA芯片选用ALTERA公司的EPlC6Q240C8N芯片，上位机的USB接口芯片为Cypress公司的CY7C68013．128AxC。3、分析了当前运动控制器常用的插补算法和加减速控制算法，并简要的阐述了它们的原理，然后比较其优缺点和适用范围，最后选用DDA数字积分法来实现主要的插补算法，用VHDL硬件描述语言来设计实现梯形和指数曲线加减速算法。在分析指数曲线加减速的缺点后，提出了减速段采用逆指数减速的方法，并进行了设计与实现。4、对FPGA内部的其他功能模块的工作原理

4、进行了详细的阐述，并对各功能模块的内部逻辑结构进行了详细的设计，这些功能模块包括位置管理模块、中断管理模块，编码器模块以及电机时序控制模块以及接口模块等。在QuartuslI平台上用VHDL语言对上述模块进行了详细的设计与仿真。关键词：，运动控制芯片，运动控制器，现场可编程门阵列、微控制器。l杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTMotioncontrolisacomprehensive，interdisciplinarytechnology,whichisthekeytechnologytopromotethenewindustria

5、lrevolutionandplaysanimportantroleinthemodemmanufacturingindustry．Ithasextensiveapplicationsandhasbeenusedtomanykindsofcomplextasks．AlongwiththegrowingdemandofMontion—Controlproduct,Motion-Controltechnologyisdevelopingveryfast，anditscategoriesandapplicationscopesarealsoexpa

6、ndedconstantly．Recently,thedevelopmentsofelectronicinformationandsomeotherhigh-techtechnologiesprovidealargerdevelopmentspaceandabroadermarketfortheproductsofmotioncontr01．Inthisthesis，thebackgroundofmotioncontrolisintroduced，andthentheNumericalControlsystemsandthecurrentde

7、velopmentstatusofmotion-controllerisstudied，somecriticalkeytechnologyanditsdevelopmenttrendarecarefullyanalyzed．Bystudyingthemontioncontroltechnologydeeplyandconsideringtherequirementofsystemandperformanceindexes，apowerful4一axismotion—controller’Sdesignschemewithmoreflexibi

8、lityisproposedbyus，inwhichFPGAisusedasitscoreprocessor．Thisthesisisorganized勰follo