基于fpga的伺服分周比设计

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1、基于FPGA的伺服驱动器分周比设计与实现张士雄皮佑国（华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州510640）摘要：提出一种用于伺服驱动器或变频器中的分周比（分频比）功能的实现方案。方法是先将输入正交脉冲序列四倍频，然后对单一的脉冲序列分频，之后再利用状态机产生相应的正交脉冲序列。该方案可以实现对电机或光栅尺等输出的正交脉冲序列进行任意整数倍分周。利用Actel公司软件LibroIDE及其FPGA产品APA300，对该方案进行了仿真和实验，并给出了仿真、实验结果。结果证明了该方案的可行性。关键词：分周比，分

2、频比，正交脉冲序列，电子齿轮比中图分类号：TH741.6文献标识码:ADesignandRealizationofFrequencyDividerinServoDriversBasedonFPGAZhangShixiongPiYouguo（CollegeofAutomationScienceandEngineering,SouthChinaUniv.ofTech.,Guangzhou510640,Guangdong,China）Abstract:Aschemetoimplementfrequencydivi

3、derinservodriversispresented.Thekeyideais,firstly,quadrupletheinputquadraturepulses,thendividfrequency,finally,generatequadruplepulses.It’spossibletoachieveanyintegralmultiplefrequencydividingusingthismethod.Simulationandexperimenthavebeendoneandtheresults

4、aregiven.Thefeasibleoftheschemeisprovedbythesimulationresultsandexperimentresults.KeyWords:FrequencyDividingRatio,QuadraturePulseSequence，ElectronicGearRatio引言电动机是各类数控机床的重要执行部件。要实现对电动机的精确位置控制，转子的位置必须能够被精确的检测出来。光电编码器是目前最常用的检测器件。光电编码器分为增量式、绝对式和混合式。其中增量式因其构造简

5、单，机械寿命长，易实现高分辨率等优点，已被广泛采用。增量式光电编码器输出有A、B、Z三相信号，其中A相和B相相位相差90度，Z相是编码器的“零位”，每转只输出一个脉冲。在应用中，经常需要对A相、B相正交脉冲进行按照一定的比例，即分周比，进行分频。分频的难点是，无论设定分周比是整数还是分数，分频后输出的A’相，B’相脉冲仍然要保持正交或近似正交。本文提出一种基于FPGA的整数分周比实现方法。该方法逻辑结构简单、配置灵活，易于扩展，具有很高的实用价值。本文首先介绍电子齿轮比和分周比的概念及作用，然后给出分周比的

6、实现思想，最后给出仿真及实验结果。1.电子齿轮比与分周比电子齿轮比与分周比是数控机床和数控加工中心中一个很重要的概念。国外大部分伺服驱动装置有电子齿轮比和分周比功能，其中电子齿轮比KEG为伺服电机实际执行的脉冲量与指令脉冲量的比，分周比KDF是伺服驱动器接收到来自伺服电动机轴上的脉冲编码器的脉冲量与实际反馈到上位伺服控制系统（CNC）的脉冲量的比。配合使用电子齿轮比和分周比功能，用户可以方便地实现整数脉冲当量，从而避免中间计算出现量化误差，在不修改G代码的情况下，将代码直接移植到配备不同电机编码器线数或者不

7、同螺距的丝杠的机床或者加工中心。[1]电子齿轮比和分周比可以按照下式计算求得，4plmGk（1）EGPn250Pk（2）DFPG式中，P－电机光电编码器线数，单位：Prev/（脉冲/转）GP－丝杠螺距，单位：mmrev/（毫米/周）－脉冲当量，单位：mmP/（毫米/脉冲）m－减速比nm设P6000/Prev，P8/mmrev，0.001mmP/，1，带入(1),(2)Gn式，可求得1k3，kEGDF3电子齿轮比可以利用脉冲的频率变换的实现。而对于分周比，由于驱动器反馈到CNC

8、的脉冲量一般采用正交脉冲序列，故分周比的实现相对于齿轮比要困难。国外的各种驱动器一般都带有分周比功能，对利用FPGA实现分周比进行研究和探讨，电子齿轮比、分周比功能示意图如图1所示。PulsecommandKEG+ExecutingagencyCNCPulsefeedbackKDFServoDriverServomotor图１．电子齿轮比、分周比功能示意图除本节外，首先介绍电子齿轮比和分周比的设定方法，然后介绍分