[发明专利]基于FPGA的电机控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于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控制器包括参数寄存器组、与参数寄存器组连接的运动控制模块，参数寄存器组通过通信总线与CPU连接，运动控制模块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。

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及基于FPGA的电机控制系统及控制方法。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于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，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及的一种基于FPGA的电机控制系统，其包括上位机、CPU、至少一个电机、以及与电机对应的电机驱动器，上位机和CPU通过串行通信总线连接，其特征在于：其还包括FPGA控制器，所述的FPGA控制器包括参数寄存器组和运动控制模块，参数寄存器组包括启动寄存器、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的输入端均与CPU通信连接，输出端均与运动控制模块的输入端通信连接，运动控制模块的输出端与电机驱动器通信连接，一个电机驱动器对应驱动一个电机。

优选地，所述的运动控制模块包括FPGA可编程逻辑器件和脉冲生成器，所述的FPGA可编程逻辑器件的输入端和输出端分别与参数寄存器组和脉冲生成器通讯连接，脉冲生成器的输出端与电机驱动器通信连接。

优选地，所述的电机数量至少为两个，所述的参数寄存器组的个数与电机数量相同，所述的运动控制模块为一个，所述的FPGA控制器还包括电机选择寄存器、第一选择器、选定参数寄存器组和第二选择器，所述的第一选择器和第二选择器依次设在参数寄存器组和运动控制模块之间，分别与参数寄存器组和运动控制模块通信连接，第二选择器设在运动控制模块和电机驱动机之间，输入端和输出端分别与运动控制模块和电机驱动器通信连接，所述的电机选择寄存器的输入端与CPU通信连接，两个输出端分别与第一选择器和第二选择器通信连接。