基于ARM和FPGA的多路電機(jī)控制方案

介紹了一種基于fpga的多軸控制器，控制器主要由arm7(LPC2214)和fpga(EP2C5T144C8)及其外圍電路組成，用于同時(shí)控制多路電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。利用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言在fpga中實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制邏輯，主要包括脈沖控制信號(hào)產(chǎn)生、加減速控制、編碼器反饋信號(hào)的辨向和細(xì)分、絕對(duì)位移記錄、限位信號(hào)保護(hù)邏輯等。論文中給出了fpga內(nèi)部一些核心邏輯單元的實(shí)現(xiàn)，并利用QuartusⅡ、Modelsim SE軟件對(duì)關(guān)鍵邏輯及時(shí)序進(jìn)行了仿真。實(shí)際使用表明該控制器可以很好控制多軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度地位置控制。

隨著電機(jī)廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，對(duì)電機(jī)控制的實(shí)時(shí)性和精度上的要求越來(lái)越高。如何靈活、有效地控制電機(jī)的運(yùn)行成為研究的主要方向。文中采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array，fpga)，通過(guò)Verilog語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。利用fpga設(shè)計(jì)具有硬件設(shè)計(jì)軟件化、高度集成化、高工作頻率等優(yōu)點(diǎn)。fpga最大的特點(diǎn)就是靈活，實(shí)現(xiàn)你想實(shí)現(xiàn)的任何數(shù)字電路，可以定制各種電路，減少受制于專用芯片的束縛，真正為自己的產(chǎn)品量身定做。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以靈活的更改設(shè)計(jì)，而且它強(qiáng)大的邏輯資源和寄存器資源可以讓你輕松的去發(fā)揮設(shè)計(jì)理念。其并行執(zhí)行，硬件實(shí)現(xiàn)的方式可以應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)中大量的高速電子線路設(shè)計(jì)需求。

1 多軸控制器主要功能

多軸控制器與上位機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等配合使用，圖1為采用多軸控制器組成的控制系統(tǒng)總體示意圖。控制器接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，分析處理并產(chǎn)生相應(yīng)的方向信號(hào)、脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，從而達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。為了提高系統(tǒng)的控制精度，將電機(jī)的編碼器信號(hào)作為反饋信號(hào)輸入給控制器(內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)辨向及四細(xì)分)。在各軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，專用控制器對(duì)電機(jī)運(yùn)行的絕對(duì)位移進(jìn)行記錄，并且可以實(shí)時(shí)地將各軸的絕對(duì)位置信息上傳給上位機(jī)。另外在電機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，為了保證電機(jī)運(yùn)行的安全性，控制器還采用了限位信號(hào)反饋實(shí)現(xiàn)全硬件保護(hù)措施。