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重 庆 理 工 大 学
文 献 翻 译
二级学院 电子信息及自动化学院
班 级 108070404
学生姓名 学 号
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
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