驅控一體伺服系統(tǒng)的FPGA模塊設計與應用

張興振+張春剛

【摘要】驅控一體化伺服系統(tǒng)開發(fā)的目標是為了工業(yè)領域的經(jīng)濟性與適用性，在電機驅動控制一體化的基礎上，使用FPGA模塊模塊設計，伺服系統(tǒng)進行更加規(guī)范化的處理，系統(tǒng)的自動化管理和IP核的實際使用能力，保證機電驅動一體化的進步。本文主要針對驅控一體伺服系統(tǒng)的FPGA模塊設計與應用進行分析。

【關鍵詞】驅控一體伺服系統(tǒng)；FPGA模塊設計；應用

隨著電力電子與微電子技術的進一步發(fā)展，針對多電機驅動體與控制集成一體化的需求已經(jīng)成為一種趨勢。相較于傳統(tǒng)的運動控制系統(tǒng)來講，F(xiàn)PGA模塊設計可以減少多個驅動器的組成過程，減少系統(tǒng)構架占據(jù)的實踐，并且對于計算的過程進行減少，并且程序開發(fā)的周期進一步縮短，通過不斷的優(yōu)化，該技術突入到市場中的前景較好，對于實現(xiàn)機電的驅動控制具有實操性。

一、驅控一體伺服系統(tǒng)的FPGA模塊構成

驅動一體化技術是將運動控制器與電機驅動器進行高度融合的技術，驅動器與控制器的相互集成使得設備從設計到制造再到系統(tǒng)維護整體的結合在一起，這樣可以全面的提升整體的運行與控制。如圖一所示為驅動一體化系統(tǒng)，在進行伺服的過程中，F(xiàn)PGA系統(tǒng)很好的解決了DSP系統(tǒng)在運行中的只能執(zhí)行同一種算法的弊端，增加了機電的控制數(shù)量，對運行系統(tǒng)的范圍進行擴大，提升系統(tǒng)的實際應用性。

在實際運行的過程中，F(xiàn)PGA系統(tǒng)首先通過磁場的矢量、電機監(jiān)控器、片內(nèi)RAM等技術，對機電運行過程中的各種狀態(tài)進行控制，然后通過編碼器將對程序進行控制，增加編碼器的使用效果，保證整體技術質(zhì)量得到較大的提升。系統(tǒng)通過FPGA運行可以實現(xiàn)編碼器與電流模塊的自動采集電機編碼器信息與電機三項電流信息之間的整體聯(lián)通，將數(shù)據(jù)通過FOC模塊進行分析處理，進一步完善FPGA的運行特征，提升電機驅動控制的效率，降低驅控一體化系統(tǒng)的硬件體積以及運行成本，提升整體的運行效率。

二、驅控一體伺服系統(tǒng)的FPGA模塊設計

在進行模塊設計的過程中首先需要對絕對編碼器的結構進行對比，使用較為復雜的結構，結合實際情況對廠家輸出格式進行分析。在進行模塊設計的過程中使用較多的是多摩川編碼器，這種編碼器是在默認狀態(tài)下將信息進行接受，然后通過外部的解碼器對編碼進行分析，在分析之后進行回復，如果在這個過程中接收到不良信息，外部解碼器會進行報警，對系統(tǒng)進行整體的控制。編碼器的信號傳輸形式主要的通過域的為單位，在通信開始的過程中通過制定的CF模塊，在信號返回的過程中對其中的信息進行處理，執(zhí)行編碼回復過程，對技術進行更加全面的控制。

在系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息進行分析的過程中，CF域代表的是不同的編碼指令，表達的意思也是不同的，需要根據(jù)實際編碼的情況對代碼指令進行分析，這樣的情況下就使用到編碼器的內(nèi)部計時器，在預計時間內(nèi)如果系統(tǒng)對信息沒有執(zhí)行相應的指令，編碼器會默認位置信息，主動的獲取信息，對數(shù)據(jù)情況進行分析，這樣可以進一步節(jié)省信息獲取空隙中的時間，提升信息獲取的質(zhì)量。

在對信息處理系統(tǒng)進行開發(fā)之后，需要對整體的對系統(tǒng)的電流信息進行控制，一般來講機電控制需要選擇三相電流進行控制，這樣可以全面的提升整體管理的質(zhì)量。同時，在進行電流控制的過程中，可以將芯片采用4路電流進行控制的方式，在FPGA內(nèi)部編寫相關的芯片通信模塊，對電流進行全面的讀取，這樣可以更好的防止信號出現(xiàn)中斷的情況，使得整體的變成更加符合技術的需要，在管理的過程中可以防止出現(xiàn)一些突發(fā)情況。如圖為ADC電流讀取模塊，在運行的過程中通過發(fā)送寄存器對位移寄存器進行合理的控制，從而輸出相關的口令，然后對電流值進行合理的控制，并將和移位寄存器口令輸出進行，這樣的信息分析模式，可以對電流讀取模塊進行全面的控制，從而對信息處理過程進行合理的控制。

三、軟件程序開發(fā)

在結束了前期的電流讀取、編碼讀取以及相應的信息讀取之后，需要對軟件進行更加全面的開發(fā)，制定專門的軟件，這樣可以對技術進行更加全面的管理，對永磁同步電機的控制能力進行全面的提升。軟件的設計開發(fā)是實際使用的整體能力的合理控制，在接受DSP的指令時可以保障實際工作的科學性，并通過機械角和電機驅動參數(shù)，將各種因素考慮到軟件設計中，對于設備整體的安全性進行提升，如圖為軟件的整體設計過程，在程序初始化結果，對整體的軟件設計模塊進行檢查，并對電機的運行狀態(tài)和讀取模塊進行控制，并檢驗信號是否運行正常，這樣可以通過軟件設計的方式掌握整體的控制能力，提升軟件的計算效率，保證整體系統(tǒng)運行正常性。

四、結束語

驅控一體伺服系統(tǒng)的FPGA模塊設計與應用可以全面的提升整體的控制質(zhì)量，提升電機數(shù)據(jù)采集和控制參數(shù)的計算過程，加快系統(tǒng)的控制力度，對系統(tǒng)的機電處理速度進行更加全面的控制，從而更加全面的提升FPGA模塊設計的過程，保證系統(tǒng)運行的質(zhì)量，全面的提升系統(tǒng)運行效率。

參考文獻：

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