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基于FPGA多轴差补控制器设计与实现 马刚，曾平，吴自力 （西安电子科技大学 计算机外部设备研究所，陕西 西安 710071） 介绍了一种基于FPGA实现多轴联动插补控制器的设计方案。通过将多种互不重叠的基脉冲叠加，实现速度的连续可调；采用累加器的半加载、被积函数的左移规格化以及空间矢量速度的调速再分解等方式，使得插补运算速度更快，脉冲分配更均匀，定位更准确。该系统达到了新型分光测色平台对步进电机高速高精度的控制要求。 FPGA；速度控制；插补运算；多轴联动 Design and Implementation of Multi-axis Interpolation Controller Bassed on FPGA MA Gang, ZENG Ping, WU Zi-li (Research Inst. of computer Peripherals, Xidian University, Xi’an 710071) A design plan for multi-axis synchronization interpolation controller based on FPGA is introduced. The continuous adjustment of speed can be realized through various overlapping of non-overlapping basic pulses; Measures of semi-loading for the accumulator, left-shift normalization for the integrand function and decomposition of the adjusted spatial speed vector were taken to make calculation faster, impulse distribution more uniform and location more precise.This system has achieved the new-type spectrophotometer platforms control requirement on high-speed and high precision of stepping motor. FPGA;speed control;interpolation;computation;multi-axis synchronization 引言(( 众所周知在连续轨迹控制中，我们不仅关心测量头到达目标点的精度，而且必须保证测量头能沿着我们所希望的轨迹,按规定的速度实现平稳而正确的运动。连续轨迹控制比较复杂，它需要通过插补运算，进行多轴脉冲的同时分配，进行协调控制，才能实现精确的空间轨迹跟踪。插补控制器的作用是完成运动轨迹的拟合，是一种计算机数控系统的基本单元。目前的数控系统中多采用软件插补器，虽然软件插补器具有很多的优点，但是由于其插补运算的串行性，使得运算速度较低，相比于硬件插补器的并行运算速度，有很大的局限性。特别是难以满足高速度、高精度控制系统的要求。传统上多采用单片机来控制步进电机，由于单片机资源有限，通常会采用查表法来实现脉冲间隔的调配，以达到变速控制的目的。查表法虽然控制简单，但是缺乏灵活性，每次速度和加速度的变化都要修改表中的延迟时间，难以满足用户对速度实时控制的要求。 本系统是基于FPGA（Field Programmable Gate Array）用硬件描述语言Verilog实现的多轴联动数字积分（DDA）直线插补器。克服了单片机控制中，串行运算速度慢，修改延时表的灵活性差等不足。但是在数字插补控制系统中，对于速度的调节，往往采用计数器或锁相环技术进行脉冲频率的控制。 其不足是只能进行整数倍分之一的分频，不能进行任意连续的分频控制。为此笔者通过设置多路不相重叠的基脉冲，并根据所需要的速度选择合适的几路脉冲进行叠加，得到任意频率的速度脉冲，提高了灵活性。在DDA直线插补器部分，采用累加器的的“半加载”、电机运行步数的“左移规格化”、引进“虚轴”对空间矢量速度进行调速再分解等措施， 对现有的硬件实现多轴联动的方式进行了优化, 从而进一步提高了插补精度、运算速度及有效的降低了噪声。 插补控制器的结构 本系统主要包括三部分见图1：输入输出端口模块、电机的速度控制模块和多轴插补控制模块。 系统的输入端口信息包括系统时钟（clock）、复位信号（reset）、初始速度（initial_speed）、加速度(accelerator)等简单控制信息以及经上层软件处理后的信息，如 L 轴（虚轴）电机的步数(l_st