设计用于满足三轴机载运动平台的高精度伺服控制要求，设计了基于FPGA的伺服控制器。计并实现了子程序，例如控制模块中的中断，复位，A / D转换，驱动器模块，恒温阀芯通信模块和硬件中的软件。别是在控制模块的设计中，详细讨论了给定转矩电机的给定模式的反馈参数。轴伺服控制器的效率已通过后续模拟测试验证。FPGA;三轴控制器;伺服，数字PWM PWM：TM383.6文献代码：A文章编号：1004-373X（2010）13-0149-03Conception和执行伺服控制器的基于三个轴FPGALU -ju阴，单国泉，苏宇（中州大学信息工程学院，郑州450044）摘要：基于FPGA的伺服控制器设计用于机载运动平台的高精度伺服控制需求三轴。
计并实现了硬件中的控制模块，驱动器模块和通信模块，以及中断，复位和模数转换软件子程序。先导模块设计中给定型号的力矩电机的返回链路参数是模拟测试验证三轴伺服控制器的有效性。键词：FPGA，三轴控制器，伺服控制，PWM引言在运动控制系统中，多轴伺服控制器的设计就是领域。中一个重要内容[1]。前，电源控制器设计主要使用DSP或MCU，但作为的FPGA和DSP应用效果将在这样的特定环境中的艰难条件下显著降低DSP的柔性不如高温高压。对集成三轴伺服控制平台的控制器进行设计和优化。场可编程门阵列（FPGA）是基于PAL，GAL和CPLD等可编程器件开发的产品。FPGA采用逻辑单元矩阵（LCA）概念，它由三部分组成：可配置逻辑块（CLB），输入输出块（IOB）和互连（互连）。
以说FPGA芯片是提高小系统系统集成度和可靠性的最佳选择之一，使其成为设计的核心[2]。FPGA的基本特性如下：ASIC FPGA设计电路，用户可以在没有代工生产的情况下获得芯片[3-5]; FPGA可用于其他完全定制或半定制的ASIC电路样本;它包含大量触发器和I / O引脚：FPGA是ASIC电路中最短的设计周期，开发成本和最低风险之一，FPGA使用技术CHMOS具有高速，低功耗和可与CMOS和TTL电平相比较的特点。容。整的控制器由控制和驱动两部分组成，其结构如图1所示。制部分由FPGA和一些附件组成。制器可以独立执行电机波形的生成，计算和闭环控制以及与三轴控制器的主机通信。附件主要用于完成电枢电流的反馈。动器模块由光电耦合器件和放大驱动器芯片组成。制器控制的最终目标是精确定位和驱动驱动所有三个轴的力矩电机。矩电机的位置和速度反馈由光电编码器执行。于控制器应用的机载平台是三轴结构，控制器采用独立控制，即每个轴具有如图1所示的控制功能，三个相对独立的子控制器是三个。控制器。于FPGA的三轴伺服控制器的基本控制方案是反馈式的高精度控制，其中速度环采用PD控制算法，位置环采用控制算法PID。整PID参数，通过控制电压控制跟踪精度，从而逐步提高跟踪精度，以满足精度要求。三轴的设计和实施的硬件和FPGA控制器软件的伺服轴伺服控制器的示意图充当的FPGA.Lors硬件设计的心脏，所述控制模块的设计中，主要实现了控制模块的设计和通信模块的设计。制模块可以根据外部给出的转向角产生控制信号，控制模块可以分析，恢复和计算光电编码器测量的角度信号和速度信号，最后给出PWM脉冲宽度值驱动整个系统。此期间，功率放大器的放大功能也是必要的。信模块的主要功能是确保与上位机的有效通信，并且在三轴系统中执行控制器的在线编程功能和上电机的遥控功能到力矩电机。制模块主要包括控制波生成单元，转矩电机光电编码器信号采集和处理系统，可编程死区生成器等。控制模块中应用放大和信号功率隔离措施也是该部分设计的重要部分，该部分采用传统的晶体管放大电路，避免了低功率模块的低强度。动器模块中的影响，同伴芯片采用EP1K30QC208可编程设备，它采用了CMOS SRAM可重构处理为与单个集成系统（EAB）组合连续快速通道，用于组合许多可编程器件的优势完成共同的系统。阵列的宏功能主要补充了伺服控制器的各种硬件逻辑接口功能[6]。EP1K30QC208主要四个端口的逻辑功能，即主机接口，d / A接口，磁盘接口代码和I / O接口的d / A转换器采用一个DAC芯片双通道DAC 5573.通过相比TLC2543，硬件连接是容易得多，因为它使用标准的I2C总线和S3C4510控制器包含I2C控制器，所以DAC5573仅被连接到SDA 4510既SCL管脚可以实现通信两者之间。要注意的是，SDA和SCL引脚需要一个10kΩ电阻才能使能I2C总线[7]。制模块的速度和位置分别由PD和PID控制。此，在控制器的设计中必须考虑这个方面。于控制器是控制直流力矩电机的最终目标，因此有必要研究转矩电机的驱动及其在控制模块设计过程中对电压值的获取。
控制器设计过程中，需要对上述元件进行全面控制和处理，以实现控制开销和控制精度之间的合理平衡。三轴伺服装置中选择PID控制算法。
给定三轴框架电压的情况下，引入通常的PID控制算法并考虑功率放大，位置检测环路增益和PD环路控制算法。控制模块的设计中，速度和位置设置是完整控制的主体。服控制完成输入信号和输出信号的比较，然后传输位置校正，速度校正，机械共振校正和PWM校正信号控制。件的占空比（具有确定的占空比的PWM信号）控制PWM功率电平，PWM功率电平又驱动受控对象。样，可以获得伺服控制器在反馈链路中所需的转矩位置信息，并且该位置信息用于执行三轴平台的高精度控制。于FPGA的三轴伺服控制器通信模块的设计在硬件设计中也起着重要作用。局通信设计接口采用基于RS232的通用串行通信方式，该接口可以满足系统的远程通信要求，同时尊重系统的现场编程通信。信模块使用带有UART端口的MCU。
于MCU数据是立即数，因此在操作期间不执行数据操作。此，设计的流水线结构采用三级结构，即指令的提取，解码和执行[8]。MCU的指令地址由程序计数器给出。信模块的设计主要考虑了正常主机通信的实现和远程监控通信的有效实现[9]。设计采用双计算机设计，大大缩短了复位时间，因此MCU不会因外部干扰而错误地执行指令，从而可以提高系统的可靠性。了有效运行，三轴伺服控制器必须配合软件。制器软件的主要任务是完成接口的初始化;上位机可以通过独立的三轴控制来控制和控制伺服控制器;读取并分析由编码器返回的速度信号和位置信号，根据反馈数据和外部控制命令执行整个控制系统的闭环控制。程序控制流程图如图2所示。2主程序流程图控制器软件的关键是PWM信号的设置和输出：一方面，外部输入角度必须考虑到这一点，另一方面，还必须考虑系统的返还。
于高精度三轴定位，必须有合理的信号发生机制。统中断的设计也是该控制器的一个重要研究课题，因为它采用了相对独立的三轴控制模式，保证了各轴的独立运行，同时兼顾了整体运行和曾经是运营过程的一部分。
果出现问题，所有其他方必须采取某些步骤同时解决问题。于空间限制，本文未列出三轴伺服控制器软件。能测试为了验证所设计的三轴伺服控制器的效率，在基于FPGA的控制和通信模块上进行了基于软件的Modelsim仿真测试[10]。先执行控制模块的单一运行时间，三轴伺服控制器单次运行的平均时间为483 ns，基本符合控制平台的要求。时。统通信功能的测试主要涉及控制器的在线编程和高级计算机的远程控制。通笔记本用作高级计算机，串行通信软件用于与控制器通信，完成三个力矩电机的启动，加速，调整，反转和制动功能。统。
制器参数的在线编程也是完全可行的。性能测试期间，控制器还进行了一系列测试，如速度控制性能测试，及时中断性能测试，自动报警性能和处理测试，以及全面合作三轴高精度定位测试。于仿真测试结果，FPGA设计的三轴伺服控制器基本可以满足机载平台的要求。之，FPGA作为控制中心，用于设计三轴机载运动平台的伺服控制器，以及硬件中的控制，驱动和通信模块，以及软件控制流程和中断以及部分重置。其他软件。过随后的模拟测试验证了控制器效率。
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