[发明专利]一种正余弦计算的硬件实现方法

说明书

本发明一种正余弦计算的硬件实现方法属于中等功率永磁同步电机控制技术领域。本发明通过CORDIC迭代算法的基本原理，设计反馈结构，此结构只设计一级运算迭代单元，本级输出作为本级的输入，通过一级迭代完成运算，完成一次CORDIC运算需要多个时钟周期。本发明通过硬件实现，仅采用硬件加法和移位计算，非常适合FPGA硬件实现，节省硬件资源和开销。同时本发明得到的IP软核下载到FPGA芯片后相当于硬件ASIC，方便控制系统调用。

技术领域

本发明一种正余弦计算的硬件实现方法属于中等功率永磁同步电机控制技术领域。

背景技术

三角函数求解作为工程应用中一种重要的运算，在电机控制、概率统计、图像处理等多个科学技术领域中频繁使用。由于计算过程复杂，运算速度明显低于其他运算，因此主要在数字信号处理器DSP中进行处理。然而，由于算法的复杂性，如电机控制的矢量控制算法计算过程比较复杂，采用DSP以软件实现的方式，占用CPU的时间较多，有时不得不采用双DSP等来提高系统的性能，另外由于软件开发周期较长，软件结构复杂等，不能进一步满足伺服系统发展的要求。

随着FPGA硬件设计方法的成熟以及单片规模的增大，出现了基于FPGA的伺服控制系统。但是用硬件实现三角函数值的运算，复杂度很高，因此人们一直在寻找一种易于硬件实现的算法来提高三角函数的运算速度，CORDIC算法就是目前公认的一种较为理想的算法。

发明内容

本发明的目的是：目前工程应用中三角函数的计算主要采用数字信号处理器DSP来完成，占用CPU的时间较多，运算速度地等缺陷，本发明提出一种正余弦计算的硬件实现方法，将三角函数的计算采用硬件的方式实现，使用硬件加法和移位处理，同时采用CORDIC迭代算法，节省硬件资源，提升计算速度。

本发明的技术方案是：

一种正余弦计算的硬件实现方法，应用在可编程逻辑阵列FPGA上，所述方法采取如下步骤：

1)向可编程逻辑阵列FPGA输入旋转角θ，可编程逻辑阵列FPGA通过象限转换单元判断该旋转角θ所在的象限，记录该旋转角θ的象限标志号Q1Q2，当该旋转角θ为0°≤θ≤90°时，则 Q₁Q₂＝00；当该旋转角θ为90°＜θ≤180°，则Q₁Q₂＝01；当该旋转角θ为1180°＜θ≤270°时，则 Q1Q₂＝10；当该旋转角θ为270°＜θ≤360°，则Q₁Q₂＝11；同时可编程逻辑阵列FPGA将该旋转角θ转换为位于0°≤θ≤90°之间的等效角；