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张先生
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企业动态
伺服控制器的设计优化
点击次数:1088 发布时间:2012-05-10
 

  本伺服控制器以FPGA为核心,在硬件设计中主要进行了驱动模块设计、控制模块设计和通信模块设计。FPGA有多种配置模式:并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式;主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA;串行模式可以采用串行PROM编程FPGA;外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。

  驱动模块主要包括控制波产生单元、力矩电机光电编码器信号采集与处理、可编程死区发生器等部件。在驱动模块中辅助芯片采用可编程器件EPlK30QC208,它采用可重构的CMOS SRAM工艺,把连续的快速通道与独特的嵌入式阵列(EAB)相结合,同时结合众多可编程器件的优点来完成普通门阵列的宏功能,主要完成伺服控制器的各种硬件逻辑接口功能。 EPlK30QC208主要完成4个接口的逻辑功能,D/A转换器件采用双通道DAC芯片DAC5573,相对TLC2543来说,硬件的连接简单很多,因为它采用标准的I2C总线,同时S3C4510里包含I2C的控制器,所以DAC5573只需接到4510的SDA和SCL这两个引脚,就可以实现两者之间的通信。控制模块方面速度环节和位置环节分别采用PD和PID控制。由于本控制器以控制直流力矩电机为zui终目的,因此在控制模块的设计方面需要研究力矩电机的驱动及其电压值获取。在本控制器设计过程中需要对上述各项进行综合控制与处理,以达到合理地控制开销和控制精度的平衡。在三轴伺服装置中选用PID控制算法。

  在控制模块的设计中速度与位置调节的是整个控制的主体,本伺服控制器完成输入信号与输出信号的比较,再通过位置校正、速度校正、机械谐振校正之后,校正后的信号控制PWM发生器的占空比,具有一定占空比的PWM信号控制PWM功率级,进而驱动被控对象。

  基于FPGA的三轴伺服控制器的通信模块设计在硬件设计中也占有很大的比重。整体的通讯设计接口采用基于RS232的通用串口通信方式。采用这种接口方式能够在满足系统现场编程通信的同时满足系统的远程通信要求。该通信模块采用一个带有UART口的MCU,由于该MCU的数据都是立即数,在运行过程中并没有取数据操作,因此设计的流水线结构采用三级结构,分别为取指令、译码和指令执行。而MCU的指令地址则由程序计数器给出。在通信模块的设计主要考虑的是正常上位机通信的进行和远程监控通信的有效实施。

  本三轴伺服控制器的硬件设计需要配合软件才能有效运行,该控制器软件设计的主要任务是:完成对接口的初始化;上位机能够对独立控制三轴的伺服控制设备进行指令控制;对于光电编码器反馈的速度信号和位置信号进行读取和分析处理;根据反馈的数据和外部的腔制命令完成整个控制系统的闭环控制。
 

 
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