基于FPGA的直线插补器的研究与设计.pdf

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1、电气传动和自动控制《电气自动化)2010年第32卷第1期ElectricDrive＆AutomaticControI基于FPGA的直线插补器的研究与设计DesignofLineInterpolatorbasedonFPGA上海交通大学电子信息与电气工程学院(上海200240)陆悦张峰贺超(ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240．China)LuYueZhangFengHeChao摘要：介绍r基于FPGA实现数字积分法直线插补器的一种新方法，详细阐述了直线插补器实现的核心环节，提供了程序框图，并通

2、过ModelSiul仿真和实践验证了其正确性。该插补器的架构和对速度控制的简化实现值得参考。关键词：FPGA数字积分法直线插补器Abstract：ThispaperintroducesanewmethodtorealizeDDAlineinterpolator，expatiatesthekeypointsoftherealization，andprovidesthepro—gramblockdiagram．ThefinalsimulationwithModelSimandpracticeallproveitscorrectness．The

3、architectureofthisdesignanditssimplificationonspeedcontrolareworthforreference．Keywords：FPGADDAlineinterpolator[中图分类号]TP273【文献标识码】A【文章编号]1000—3886(2010)01—0027—041引言运动控制技术发展至今，从实现上可以分为软件实现和硬件实现两种。硬件实现以往多依赖于ASIC芯片设计，使得普通工程技术人员很难参与其中，因此，市面上流行很多经济型的单片机或者DSP软插补器。由于计算速度上的限制以及软

4、插补器自身的缺陷，这些插补器很难做到高精度和多轴联动。随着EDA技术的发图1插补器整体框图展，可编程逻辑器件的出现打破了这样的格局。特别是工艺的进步使得FPGA价格不断下降，也使其更加适合运动控制场合。本文3．1．1输入参数输入部分是初始数据的接口，可以设计成各种接口从外部接受即研究如何利用FPGA完成对步进电机的直线运动控制。数据，比如SRAM时序、PCI接口等等，这不是本文讨论的内容。该部2DDA算法的选择与原理分比较重要的是接收哪些数据，在设计中，对于每条直线需要初始目前比较成熟的数控插补算法有逐点比较法、最小偏差法和速度、最高速度

5、、加速时间、运动距离、x轴Y轴距离比例和运动类数字积分法等，DDA(数字积分法)利用数字积分的方法，计算刀具型这几个参数。初始速度控制电机运动的起始速度，最高速度决定沿各坐标轴的位移，使得刀具沿着所加工的曲线运动。DDA插补运动过程中的最高速度，加速时间控制加减速过程的时间，运动距算法具有运算速度快、脉冲分配均匀、易于实现多坐标联动等特离是电机运动的总距离，x轴和Y轴距离比例用来使x轴和Y轴脉点，在轮廓控制数控系统中有着广泛的应用⋯。本文即采用DDA冲均匀分配，运动类型决定加减速控制的类型。算法实现直线插补。另外一个需要注意的问题是，在F

6、PGA内部所有数据都是整形数字积分的原理是将函数的积分运算转换成变量的求和运的，而实际参数可能是带小数的，对此的处理是左移规格化，将参数算。如果所选择的脉冲当量足够小，则用求和运算代替积分所引在输入FPGA之前做一定的预处理，将距离单位转换成脉冲个数，时起的误差可以不超过允许的数值。这样，可以采用两个寄存器(函间单位转换成每单位周期，并放大统一的倍数，最终单位为累计量数寄存器和累加寄存器)和一个全加器构成数字积分器1将单位每周期。例如，初始速度为0．1nlnl／s，脉冲当量为0．0001him，积分周周期选的足够小，每单位周期都向累加器累

7、加函数寄存器中的数期为100ns，左移32位，则规格化之后的初始速度为：值，如果累加器溢出，就向外发送脉冲，实时的改变函数寄存器的T值，就可以完成电机的调速。0-1100102429496$itN／NN3插补器的设计与实现其他变量做类似处理。图1为整个插补器的框图，其中比较重要的是预判模块、梯形3．1．2加减速控制模块和S型模块。控制电机做直线运动最复杂的就是电机的加减速控制，为了3．1核心内容设计防止电机失步，不能直接发送给定频率的脉冲，需要有加速和减速《电气自动化)2010年第32卷第1期电气传动和自动控制ElectricDrive＆

8、AutomaticControI的过程。加减速控制有两种方法，梯形方法和s型方法。如图2所各个阶段的时间比例，并根据此比例获得分界点的速度值。例如图示，梯形方法是采用恒定加速度，s型方法是采用