基于FPGA新型步进电机制器硬件实现外文翻译.docVIP

基于FPGA新型步进电机控制器硬件实现 Daniel Carrica, Senior Member, IEEE, Marcos A. Funes, and Sergio A. González, Member, IEEE 摘要：本文提出了一种新颖的基于现场可编程门阵列的步进电机控制器，这种控制器呈现出了显著的优势。 该系统提供了一种新型算法和可编程逻辑的组合，以达到硬件工作既高速又精确。 关键字：现场可编程门阵列（ FPGA ） ，运动控制，步进电机。 Ⅰ.引言 在高精步进电机应用，使用小电动机是必要的其尺寸。另一个选择是技术，其步长通过控制进一步减。与有关，大量总位移。当的运作方式显示一台电机。：2)分度器3)电流驱动装置。(1)和(2)被置我控制器。在，必须由分度器他们成脉冲时间间隔。每脉冲意味着在一位置增加，因此命名分度器。这个块功能速度时间。这个块对，。 图.1.完整控制系统 图1控制器的实施：离线或离线在离线的时间[3]和[4]先计算。速度和脉冲之间的时间被计算存放记忆媒介ROM甚至硬盘。这缺点是们组成记忆和时器硬件容量，这容量与的数量精确度。上线部分表示速度分布图的建立和的计算、当前的步骤和接下来一步之间的时间的计算。也就是，是速度分布图发生器，是分度器。因为是用一个单一的方程计算速度分布图和，因此有一个共同的模块是共享的。例如，（1）和（2）为梯形分布图[5]表达了一个典型的算法。 （1） （2） 这儿是最终速度，是电机的最高速度，是微步的总数，是梯形分布图的加速度，是第步的时间。 这些配置以及离线的配置为了获得脉冲分度而利用了计时器。因此每台电机配置一台计时器是很有必要的，但当必须由一个处理器来控制多台电机的时候，这种方法就往往不令人满意了。 另一个很严重的缺点是计算（1）时需要计算时间，而对速度有影响。此外，不仅影响（3）中的最大速度，而且计时器分辨率也影响着（3）中的最大速度。 （3） 当计时器的分辨率足够小时，以至于可以摒弃方程中的。因此，（3）转变为了（4）。 图.2.上线算法 （4） 当速度很高时，标准算法将失效，这主要是因为要计算时间。为了解决速度的问题，下面提供一个更有效的没有计时器的步进发生程序的新算法。 Ⅱ.算法的提出，假设是倍的，则这是一个不使用计时器的测量时间的精确的方法。因此，在每一次迭代中，所提出的算法要做好以下步骤： 使 2）假设 （5） 其中，是一个正整数。 3）检验：如果假设允许期望。则，这意味着 （6） 其中，是在第步进时的速度。 图.3.算法流程图 4）如果第三步检验通过，那么执行新的步进。否则，增加并且重复这一过程。（2，3和4） （7） 从（5）可以看出，的分辨率是。（6）中的等式因为这个分辨率而不可能成立，等式（6）相应的变成了（8） （8） 消除（8）中的则必须减少迭代时间。因此，一个简单的缩写式（9）就成了首选。 （9） 新算法是基于（5）、（7）和（9）之上的，（5）中的与（4）中的有相同的意义，但是相关的数量更少，因此此处的计算是很简单。实验表明此种方法计算比传统的算法要小10倍。 图.4.预期速度分布图 总括来说，该算法基本上是一定时期的累计直到达到预期速度。图3.表示了执行（5）、（7）和（9）的一个系统的流程图。速度分布图模块在之前就已经执行了。 通过（5）可以得到， 是一个整数，则新算法的的分辨率是。新算法中分辨率出现了一个速度量化问题，因为在（6）中速度与是成反比的。由于是的整数倍，而且，结果表明，该速度指令有以下特点 （10） 下面举一个例子，图.4显示了从开始到有一个最大速度的梯形分布图。为了保持预期速度的轨道（在间断线），该系统定义初始值。这个速度最接近预期的初速度。在时刻，变到6，作为一个结论，我们知道会产生更高的速度。在时刻，产生一个指令速度。然后在时刻，指令速度为，与期望速度分布相等。 当在速度比较高时，比小，量化的影响更显著。影响效果也可以解释为中间的速度不能发生在与、与以及与之间等等。 图.5. 基于FPGA的控制系统 因此，这个算法既不需要计时器，也不需要查找表，并且可以在很高的速度下应用。它的缺点是