[发明专利]基于FPGA单处理器的光纤接口多轴运动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电机控制技术领域的系统，具体是一种基于FPGA单处理器的光纤接口多轴运动控制系统。

背景技术

传统的伺服电机控制方式，是将运动控制板卡置于计算机总线插槽中，通过计算机向控制板卡发送指令来实现对电机的控制。然而，当被控伺服电机增多时，运动控制板卡也需要同时扩展，与此同时不可避免地出现以下问题：计算机总线带宽不足，线缆排布复杂，扩展成本高昂，维护和升级困难等等。因而当前，利用串行通讯总线连接各个运动控制板卡的网络拓扑控制结构逐渐成为主流控制结构形式之一。

以往的运动控制板卡设计往往采用单片机+FPGA的控制结构形式，随着FPGA内部资源日益丰富，集成度不断提高，功耗逐渐减小，采用传统的设计结构形式势必带来成本增加，器件冗余的缺点。此外，现场总线传输通常采用双绞线作为媒介，虽然这种方式可以有效克服共模干扰，但是难以完全克服电机应用场合对总线通讯带来的强电磁干扰。以上两个问题是本发明要解决的主要问题。

经过对现有文献的检索，发现有以下现有技术：一、申请号为200910050444.5，公开号为CN 101546185A，名称为“基于IEEE-1394串行总线的多轴运动控制卡”，该技术给出了一种基于DSP+FPGA和IEEE-1394的运动控制板卡，但是该技术采用传统的单片机DSP+FPGA的控制方式，FPGA不具备处理器功能，此外该技术采用双绞线进行总线通讯，不具备光纤通信的能力，在总线传输距离和抗干扰方面能力欠缺；二、申请号为200320117819.3，公开号为CN 2679760Y，名称为“基于FPGA的高速数字伺服卡”，以及申请号为200710077029.X，公开号为CN 101382787A，名称为“一种基于FPGA的高速运动控制卡装置”，这两篇专利给出了基于FPGA的高速数字伺服卡或者运动控制卡，但是该卡不具备伺服闭环计算、光电编码器采样等伺服功能，其中的FPGA不作为处理器应用，而仅仅用来完成主机命令到脉冲信号的转换，此外，前者专利利用RS-485/422总线向电机驱动模块单向传输脉冲信号，不能反馈信号进行闭环；三、申请号为200510019331.0，公开号为CN 1752874A，名称为“基于片上系统的嵌入式运动控制方法及装置”，该技术给出了一种基于片上系统的嵌入式运动控制方法，但是这种方法是在SOC芯片上嵌入IP核实现，本身不具备现场总线的通讯能力，不能实现多节点的扩展；四、申请号为200810039195.5，公开号为CN 101308483.A，名称为“运动控制器的IEEE 1394通讯接口系统”，该技术给出了一种运动控制器的总线通讯接口系统，但是该技术也不具备光纤通信的能力，仅支持IEEE 1394协议，并且必须配合专有运动控制器使用，局限性较大；五、申请号为03125368.7，公开号为CN 1519672A，名称为“嵌入式多轴运动控制器”，该技术提供了一种基于DSP的运动控制器，但是该技术的各功能需要相应的芯片支持，此外，该技术未涉及关于总线接口的设计，不能应用于当前的总线通讯场合；六、申请号为200410017112.4，公开号为CN 1564095A，名称为“基于RS-232串行总线的多轴运动控制卡”，该技术公开了一种基于RS-232串行总线的多轴运动控制卡，但该技术重点描述了RS-232接口的具体形式，未涉及处理器设计以及总线通讯接口。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于FPGA单处理器的光纤接口多轴运动控制系统，即完全基于FPGA单处理器控制，并且具备现场总线光纤通讯接口的运动控制系统。本发明采用FPGA单处理器实现光电编码器采样、闭环控制计算、DA信号输出预处理、脉冲控制信号输出预处理、IO信号输入输出预处理、与计算机总线或现场总线光纤通讯模块通讯等功能，同时提供了一种通用的现场总线光纤通讯接口方案。