为了提高伺服电机的运行精度并简化控制器结构，使用FPGA器件和Verilog HDL语言设计的插值控制器不仅使用数字集成方法来实现自动控制。性插补控制和圆形插补控制，提高了插补补偿速度和插补精度，并利用多轴联动技术实现了输出脉冲的均匀分配。可以接收来自外部处理器的指令，并发送驱动伺服电机所需的脉冲，以检查伺服电机的运行情况，结果证明了控制器的准确性。种结构的控制器简化了数字控制器的总体结构，具有良好的移植性能和一定的实用价值。CNC系统的基本技术是运动控制技术。
着机电一体化的进一步发展，运动控制技术已成为促进机电一体化过程的重要环节，是推动新型工业革命的关键技术准则[1-2]。代高速数字控制技术正在提高运动控制器的速度和准确性。使用软件实现的控制器相比，基于FPGA的插值控制器具有控制方便，插值速度快，精度高，通用性强的优点。该特性具有可移植性，并具有许多优势，例如使用硬件描述语言来实现软硬结合[3-4]。了提高伺服电机的精度，本文设计了一种基于数字积分方法和多轴链接技术的插补控制器。控制器可以实现三轴线性插补和两轴圆弧插补。
制器的中央部分是DDA插值模块。个插补模块可以分为两部分：线性插补模块和圆形插补模块。个插值模块都包含一个数据缓冲区，一个插值积分器和一个位置计数器。面介绍了每个模块的设计和仿真。补控制器具有三轴线性插补和两轴圆弧插补的能力，这两种插补方法都是通过数字积分法实现的[5-6]。字积分方法（DDA）具有逻辑容量强，多轴链接控制和均匀输出脉冲的特点。图1所示，插值控制器从外部处理器接收控制信号和数据，在对解码和配置寄存器模块进行解码和配置后，根据插值控制器选择线性插值或圆形插值。要。
冲和方向信号。脉冲用于通过伺服电机驱动器控制伺服电机的旋转，方向信号控制伺服电机的旋转方向。值控制器采用Altera公司的Cyclone III-EP3C16Q240C8 [7]，使用Verilog HDL在Quartus®平台上完成程序设计，编译，合成和下载，并使用Modeisim模拟和调试程序。8]（如图1所示）。存器解码和配置模块主要负责解码并完成寄存器之间的数据分配以及要执行的内插方法的选择。是每个输入端口的定义和操作模式：cs是芯片选择信号。低电平有效时，外部处理器选择插值控制器使其处于待机状态；剩下的就是复位信号。电平有效，整个控制器处于复位状态，控制器的内部模块执行初始化操作； wr是写信号，低电平有效，写入必须在插值控制器上完成的初始点坐标和结束点坐标。据; start是插补开始信号，在高电平有效，插补控制器开始插补； A3〜A0是4位地址信号，处理器数据以地址指针的形式分配到插补模块的轴上。据缓冲区。中，高位A3具有选择插值方式的功能；当位A3为“ 0”时，插补控制器执行三轴线性插补；当位A3为“ 1”时，进行两轴圆弧插补。data是16位数据总线端口。DDA插值模块由两部分组成：线性插值和圆形插值[9-10]。种插值方法只能在一个插值过程中工作。性插补可实现3轴脉冲输出，并完成二维或三维线性路径，而圆形插补可实现2轴脉冲输出，并完成二维圆形路径。择线性插补模块时，该模块进入运行状态。性插值模块由数据缓冲器，插值积分器和位置计数器组成。个部分的设计和功能如下所示。据缓冲区由六个16位寄存器组成，分别存储三个轴x，y和z的起点坐标和终点坐标。据缓冲模块自动加载线性插值数据，以便线性插值积分器可以将数据调用到模块中。存的目的是保持数据的规律性，并确保线性插值不会中断数据的转换。大大提高了线性插值的效率，恒温阀芯并减少了由同步问题引起的误差。分器将数据加载到缓冲区后，积分器将接收启动信号，积分器将开始线性数字积分插值。数据缓冲器接收到空闲信号时，缓冲器中的所有数据将被重置。置计数器有三个寄存器，三个轴各一个。始值是必须内插的脉冲数。次积分器发出一个脉冲时，计数器都会递减“ 1”。位置计数器为零时，这意味着已到达最终坐标的位置并且插值已结束。值积分器是线性插值的核心模块，它由一个余数寄存器和一个被积函数寄存器组成。
分功能寄存器存储数据缓冲区提供的终点坐标值。次从脉冲源输出脉冲迭代脉冲时，被积函数寄存器和剩余的寄存器值被累加一次，并且累加的结果被存储在剩余的寄存器中。累加结果超过剩余寄存器容量时（216），脉冲溢出。N = 216累加之后，每个坐标轴的溢出脉冲总数等于该坐标的被积分值。剩余寄存器的容量不变时，输出脉冲频率与端点坐标值的大小成正比。制器采用三轴链接，三个积分器可以同时执行插补计算。态S2：积分积累的状态。2数字积分方法的有限状态机原理图，其工作过程是：当没有启动信号时，系统继续保持在空闲的IDLE状态；当有启动信号时，系统从数据缓冲区读取初始数据并插入数据。加脉冲数记录在状态S1中。果内插脉冲数不为零，则进入积分累加状态S2。这种状态下，积分功能寄存器的值和剩余寄存器的值被累加，结果被发送到剩余寄存器。
果存在脉冲超调，则进入状态S1，此时将发出内插脉冲，并且将保留在状态S1中的脉冲数减少“ 1”；如果没有脉冲过冲，则状态S2继续积分和累积。后，当剩余在状态S1中的脉冲为零时，它返回到静止状态，插值结束。字积分方法的线性插值使用硬件描述语言Verilog HDL对图3所示的流程图进行编程。此插值控制器中，采用“半负载”方法[11]以获得输出脉冲的均匀分布。负载包括在插值操作之前预定义寄存器剩余容量的通用值，当插值数据为零时，积分器可以加速溢出脉冲的输出。内插器的位宽小得多。使脉冲更均匀。积分器执行插值时，无论积分体大小如何，都必须累计216次才能达到终点。此，各轴的输出脉冲速度受被积物的大小影响。积物越大，脉冲输出速度越高。了使积分器的溢出速度最快且均匀，在插补过程中，每个轴的被积分函数寄存器中的数据都向左移并同时归一化，因此轴的最高位为“ 1”。左移1位等效于将每个轴乘以2，同时向左移2个位置乘以22，依此类推。样，在不改变每个轴的数据比率的情况下，增加了每个轴的脉冲溢出速度。一化后，每两个累加操作必须有一个脉冲输出，解决了小电源输出不均匀的问题，插值效率和质量得到了极大的提高。形插值模块与线性插值模块相同，并且还由数据缓冲区，插值积分器和位置计数器组成。个模块的数据缓冲区和位置计数器的功能相同，在此不再赘述。形插值积分器和线性插值积分器也使用状态机的设计，但是它们之间有两个区别：一是x和y轴的相应坐标值存储在积分功能寄存器中。应关系不同于直线。好是互调的，即x值存储在y轴的积分函数寄存器中，而y值存储在x轴的积分函数寄存器中；第二个是在线性插值过程中存储的坐标值不同并记录了该值。点的坐标是恒定的，在弧形插值过程中记录了运动点的坐标。插补过程中，必须根据其位置的变化来修改存储在积分功能寄存器中的内容。y轴有脉冲溢出时，x轴的积分功能寄存器加“ 1”；相反，当x轴因脉冲而溢出时，y轴的积分功能寄存器减去“ 1”，因此是“ 1”，这是沿负方向的流x，运动坐标为不断减少。了验证设计的准确性，通过仿真实验对二维线性插值和圆形插值进行了补充。（1）线性插值的仿真。给定直线段的起点坐标为（0，0，0）而终点坐标为（10，12，0）时，模拟信号的波形xOy平面中完成直线插值的直线如图4所示。4中直线插值的仿真结果现在在xOy平面中给出。线和其他两条直线形成具有多个三角形角度的直线插补路径（如图5所示）。角形顶点的坐标为（0，0），（10，12）和（15，6）。们在插值轨迹图上可以看到，每个角度的线性插值轨迹（将点连接到每个点）对应于真实的直线（实线），并且直线的交点完全对应到预期的收盘价。5：具有多个角度的三角形线性插值轨迹（2）圆弧插值模块的仿真如图6的第一象限所示。xOy平面中，起始坐标为（15，0 ），终点坐标为（0，15）逆时针圆弧插补的模拟结果。7显示了xOy平面中（5.0），（8.0）和（15.0）（各点已连接）的起始坐标沿逆时针方向的圆弧插补轨迹。弧（（实线）。图中可以看到，随着轨迹点的增加，弧的轨迹与实弧之间的调整程度会更高）。于数字积分法和多轴联动技术设计的伺服电机插补，不仅可以实现直线插补中直线的精确步进，而且通过运动可以很好地实现原始返回在圆周运动中，通过精细插补，提高了圆弧调整的精度；随着运动控制系统的发展，向泛化，智能化和智能化方向发展。型化，插值控制器e是运动控制系统快速发展的重要基石。文研究的插补控制器不仅实现了三轴线性插补和两轴圆弧插补，而且还使用多轴链接来提高插补精度和均匀的脉冲输出。种设计优化了结构，易于使用，并且易于扩展和与外部处理器链接，以形成一个完整的运动控制系统。
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