基于FPGA的高速五轴步进电机运动控制卡设计.pdfVIP

2012年 2月 机床与液压 Feb．2012 第40卷 第4期 MACHINE T00L HYDRAULICS Vo1．40No．4 DoI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．04．024 基于 FPGA的高速五轴步进 电机运动控制卡设计 杨秀增 (广西民族师范学院物理与信息技术系，广西崇左532200) 摘要 ：利用现场可编程 门列阵设计一款五轴步进电机运动控制卡，采用了NioslI软核 CPU+FPGA的硬件设计方 案 ：利用 NioslI软核 CPU运行控制程序 ，利用 FPGA来实现数字差补算法和细分驱动 ；采用 了数字积分算法和正弦 波脉宽调制细分驱动技术。测试结果表明：该运动控制卡具有 电路紧凑 、性价 比高而速度快 、精度高和实时性强优 点。 关键词：运动控制卡 ；五轴步进电机 ；数字积分算法 ；正弦波脉宽调制细分 ；现场可编程门列阵 中图分类号 ：TP273 文献标识码 ：B 文章编号 ：1001—3881(2O12)4—066—3 DesignofHigh-speedM otion ControlCardfor Controlling5-axisSteppingM otorBasedon FPGA YANG Xiuzeng (DepartmentofPhysicsandInformationTechology， GuangxiNormalUniversityforNationalities，ChongzuoGuangxi532200，China) Abstract：A kindofhigh—speedmotioncontrolcardforcontrolling5一axissteppingmotorwasimplementedbyFPGA ，anda kindofdesignschemebased onNiosII+FPGA wasproposed．TheNioslIsoftcoreCPU wasusedtorun controllingprogram ， andthealgorithm ofdigitaldifferentialandsubdivideddrivewereimplementedbyFPGA．Thealgorithm ofdigitaldifferentialana— lyzer(DDA)andtechnologyofSPWMwereadoptedinthecard．Testingresultshowsthatthecardhastheadvantagesofcircuit compact，highratioofprice／performance，highcontrollingprecisionandstrongreal—timeperformance． Keywords：Motioncontrolcard；5一axissteppingmotor；DDA ；SPWM drive；FPGA 随着现代加工制造业的迅猛发展 ，普通三轴数控 级、实时性等方面具有较好优势。 机床已满足不了人们对加工零件的要求 ，五轴数控 1 运动控制卡总体硬件设计框图及各个模块的功 机床由于能加工异型复杂的零件曲面 ，在现代加工 能 制造业中，特别是在航天、航空、军事工业 中得到广 图1为该运动控制卡的硬件设计框图，从结构来 泛的应用，因此，研究高精度 、高性能的五轴数控机 看出，该运动控制卡由一片大规模的现场可编程逻辑 床已经成为整个机床行业的研究重点 。五轴运动控 门列阵 (双点划线框内)、步进 电机功率驱动模块和 制卡是五轴数控机床的重要组成部件，是数控机床的 一 些外围的元器件构成。 下位控制单元，与 Pc机