基于FPGA的多軸步進(jìn)電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

　　提出一種應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）實(shí)現(xiàn)多軸步進(jìn)電機(jī)控制器的方法。采用IP設(shè)計(jì)思想，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動控制由硬件電路（步進(jìn)電機(jī)IP核）實(shí)現(xiàn)，軌跡計(jì)算由同一芯片上的微處理器（Nios II軟核）實(shí)現(xiàn)，從而可以構(gòu)建多軸步進(jìn)電機(jī)控制器的可編程片上系統(tǒng)（SOPC系統(tǒng)）。利用VHDL硬件描述語言，設(shè)計(jì)了一種高性能步進(jìn)電機(jī)IP核，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。為了驗(yàn)證該IP核的復(fù)用性，構(gòu)建了一個4軸步進(jìn)電機(jī)控制器的SoPC系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此系統(tǒng)可對多軸步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高精確度控制，每軸的運(yùn)動是相互獨(dú)立的，并且控制參數(shù)在線可編程?；谶@種方式構(gòu)建的系統(tǒng)，擴(kuò)展方便、可移植性高、具有廣泛的適用性，可用于多軸伺服系統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域。

　　步進(jìn)電機(jī)IP核

　　通過設(shè)定其內(nèi)部寄存器值，步進(jìn)電機(jī)IP核能控制步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的速度曲線模式運(yùn)行。該IP核有3個主要功能模塊構(gòu)成．如圖1所示。

　　1）Avalon總線接口：它使該IP核具有Avalon總線接口，可與其它具有相同接口的IP核互聯(lián)。

　　2）QEP電路：用于連接一個光電編碼器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置等信息，用于判斷電機(jī)運(yùn)行是否失步，使本系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要成為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　3）速度剖面產(chǎn)生：根據(jù)設(shè)定的速度曲線參數(shù)，計(jì)算出每個步進(jìn)脈沖的步進(jìn)周期，并輸出步進(jìn)脈沖序列到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的速度曲線模式運(yùn)行。它由狀態(tài)機(jī)，步進(jìn)周期計(jì)算模塊和PWM電路三部分構(gòu)成。