一种基于FPGA的电机控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于FPGA的电机控制系统，属于电机控制领域，其包括上位机、CPU和用于驱动外部电机的电机驱动器，上位机和CPU通过串行通信总线连接，其特征在于：所述的电机控制系统还包括FPGA控制器，FPGA控制器包括接口模块、与接口模块连接的FPGA可编程逻辑器件，接口模块通过通信总线与CPU连接，FPGA可编程逻辑器件通过通信总线与电机控制器连接，所述的基于FPGA的电机控制系统具有更高的响应速度和更高的控制精度。

A motor control system based on FPGA

The utility model relates to a motor control system based on FPGA, which belongs to the field of motor control, including PC, CPU and motor driver for driving an external motor, PC and CPU are connected by serial communication bus, which is characterized in that a motor control system includes the FPGA controller, the FPGA controller includes FPGA interface module and the interface module is connected to the programmable logic device, through the communication interface module is connected with the CPU bus, FPGA programmable logic device is connected with the motor controller through the communication bus, the FPGA based motor control system has higher response speed and higher control precision.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的电机控制系统
本技术属于电机控制领域，尤其涉及基于FPGA的电机控制系统。
技术介绍
电动机是电能转化为机械能的必要装置，广泛应用于各种工业民用设备中。近些年来，随着电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展，电机的应用得到进一步发展，电机控制器经历了从模拟控制器到数字控制器的发展，数字控制器与模拟控制器相比，性能更可靠、参数调节更方便、控制精度更高、控制策略更灵活并且对环境因素不敏感。数字控制器一般采用CPU控制电机，虽然比模拟控制器减小了系统体积、简化了电路，传统的以单片机为CPU的运动控制卡已经不能满足现代工业和社会发展的要求。归纳起来，主要表现在：其并行能力差，单片机指令执行以精简指令系统来完成，即指令与指令间为顺序执行方式，遇到突发状况只能采取中断系统进行处理，意味着必须一定时间的等待，完全无法进行并行处理，从而在应对高速度，复杂系统时无法胜任。另外，现今市场上已有用于工业中的直流电机控制系统，驱动电路采用人工搭建H桥，而且控制的电机数量有限，基本上以一个控制系统控制一台电机，控制范围有限，而且成本高昂，灵活性查。综上所述，速度的运算需要CPU的频繁参与，导致了运算时间增加，影响系统的整体效率，在驱动多个电机的情况下，CPU的运行速度成了提高性能的瓶颈。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术提供一种基于FPGA的电机控制系统，实现电机控制系统具有更高的响应速度和更高的控制精度。为了达到目的，本技术提供的技术方案为：本技术涉及的一种基于FPGA的电机控制系统，其包括电机，其特征在于：其还包括上位机、CPU、FPGA控制器和电机驱动器，所述的上位机和CPU通过串行通信总线连接，所述的FPGA控制器包括接口模块和FPGA可编程逻辑器件，接口模块的输入端通过数据总线与CPU连接，输出端通过导线与FPGA可编程逻辑器件的输入端连接，所述的电机驱动器包括脉冲生成器和驱动放大电路，脉冲生成器的输入端通过导线与FPGA可编程逻辑器件连接，输出端通过导线与驱动放大电路连接，驱动放大电路通过导线与电机连接。优选地，所述的接口模块包括启动寄存器、方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、减速位置寄存器、停止位置寄存器、当前位置状态寄存器和当前速度状态寄存器，启动寄存器、方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、减速位置寄存器、停止位置寄存器、当前位置状态寄存器和当前速度状态寄存器均与CPU和FPGA可编程逻辑器件通讯连接。采用本技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：本技术涉及的电机控制系统降低了CPU的运算负担，CPU只需向FPGA控制器写入方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、减速位置寄存器、停止位置寄存器和启动寄存器，加减速区间的速度由FPGA控制器运算，提高了运算速度和控制精度。附图说明图1是本技术基于FPGA的电机控制系统的结构示意图。具体实施方式为进一步了解本技术的内容，结合实施例对本技术作详细描述，以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。结合附图1所示，本实施例涉及电机控制系统包括上位机1、CPU2、用于驱动外部电机的电机驱动器8和FPGA控制器3，上位机1和CPU2通过串行通信总线连接，所述的FPGA控制器包括接口模块4和FPGA可编程逻辑器件5，接口模块4又包括用于启动电机运转的启动寄存器、用于设置电机运行方向的方向寄存器、用于设置电机运行速度的转速寄存器、用于设置电机运行加速度的加速度寄存器、用于设置电机按照速度模式或位置模式运行的模式寄存器、用于设置电机开始减速位置的减速位置寄存器、用于设置电机到达目标位置的停止位置寄存器、用于反馈电机当前位置的当前位置状态寄存器、用于反馈电机当前速度的当前速度状态寄存器，所述CPU与上诉各类寄存器通过数据、地址及控制总线实现数据交互，各类寄存器又与FPGA可编程逻辑器件5通过导线连接，CPU只需向方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、减速位置寄存器、停止位置寄存器和启动寄存器的值。所述的电机驱动器8包括脉冲生成器6和驱动放大电路7，所述的FPGA可编程逻辑器件通过导线与脉冲生成器6连接，脉冲生成器6又与驱动放大电路7连接，脉冲生成器由FPGA可编程逻辑器件根据所述启动寄存器、方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、减速位置寄存器和停止位置寄存器的值来产生并输出脉冲信号、方向信号、使能信号，并返回电机的当前位置和当前速度信号，电机控制器驱动外部电机，本技术采用THB7128信号驱动芯片作为驱动放大电路7，驱动放大电路连接多个电机。在速度模式下，发起电机运转并的步骤包括：上位机向CPU发起电机运动命令；CPU向接口模块中的方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器写入信息，并向FPGA控制器的启动寄存器写入1，输入寄存器的信号经过FPGA可编程逻辑器件计算，通过脉冲生成器产生脉冲信号，脉冲信号经过驱动放大电路放大后驱动所连接的电机6，电机以设定的加速度值每隔一定时间增加速度值，当速度达到设定速度时保持匀速。在速度模式下，电机停止运转的步骤包括：上位机向CPU发起电机停止命令；CPU向FPGA控制器的启动寄存器写入0；FPGA电机控制模块以加速度值减速，速度减到零时电机停止。在位置模式下，发起电机运转并停止的步骤包括：上位机向CPU发起电机运动命令；CPU向FPGA控制器写入方向寄存器、转速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、减速位置寄存器、停止位置寄存器；CPU向FPGA控制器的启动寄存器写入1；FPGA电机控制模块以设定的加速度值每隔一定时间增加速度值，当速度达到设定速度时保持匀速，当电机位置到达减速位置时开始以加速度值减速，当电机位置到达停止位置时电机停止。以上结合实施例对本技术进行了详细说明，但所述内容仅为本技术的较佳实施例，不能被认为用于限定本技术的实施范围。凡依本技术申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本技术的专利涵盖范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的电机控制系统，其包括电机，其特征在于：其还包括上位机、CPU、FPGA控制器和电机驱动器，所述的上位机和CPU通过串行通信总线连接，所述的FPGA控制器包括接口模块和FPGA可编程逻辑器件，接口模块的输入端通过数据总线与CPU连接，输出端通过导线与FPGA可编程逻辑器件的输入端连接，所述的电机驱动器包括脉冲生成器和驱动放大电路，脉冲生成器的输入端通过导线与FPGA可编程逻辑器件连接，输出端通过导线与驱动放大电路连接，驱动放大电路通过导线与电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的电机控制系统，其包括电机，其特征在于：其还包括上位机、CPU、FPGA控制器和电机驱动器，所述的上位机和CPU通过串行通信总线连接，所述的FPGA控制器包括接口模块和FPGA可编程逻辑器件，接口模块的输入端通过数据总线与CPU连接，输出端通过导线与FPGA可编程逻辑器件的输入端连接，所述的电机驱动器包括脉冲生成器和驱动放大电路，脉冲生成器的输入端通过导线与FPGA可编程逻辑器件连接，输出端通过导线与驱动放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晖，陆怀恩，
申请(专利权)人：杭州爱数凯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33