[发明专利]基于FPGA的数字化关节片上控制系统

摘要

基于FPGA的数字化关节片上控制系统，它涉及机器人领域，它解决了现有的机器人关节控制系统集成度低的问题。本发明包括NIOSII软核处理器、Avalon总线模块、CAN总线软核控制器、关节电机驱动电路、关节电机电流矢量控制电路和关节传感器信息采集SPI接口电路，NIOSII软核处理器的通讯端通过Avalon总线模块分别连接到CAN总线软核控制器的通讯端、关节电机驱动电路的通讯端、关节电机电流矢量控制电路的通讯端和关节传感器信息采集SPI接口电路的通讯端，本发明适用于机械臂关节控制器。

主权项

基于FPGA的数字化关节片上控制系统，其特征在于它包括NIOS II软核处理器(1)、Avalon总线模块(2)、CAN总线软核控制器(3)、关节电机驱动电路(4)、关节电机电流矢量控制电路(5)和关节传感器信息采集SPI接口电路(6)，CAN总线软核控制器(3)包括第一CAN总线软核控制器(3-1)，关节电机驱动电路(4)包括正弦波SPWM生成电路(4-1)，关节电机电流矢量控制电路(5)包括码盘接口电路(5-1)、电机位置坐标变换电路(5-2)、电机相电流采集接口电路(5-3)和电机电流环调节电路(5-4)；NIOS II软核处理器(1)的通讯端通过Avalon总线模块(2)分别连接到第一CAN总线软核控制器(3-1)的通讯端、关节电机驱动电路(4)的通讯端、关节电机电流矢量控制电路(5)的通讯端和关节传感器信息采集SPI接口电路(6)的通讯端，码盘接口电路(5-1)的信号输出端连接电机位置坐标变化电路(5-2)的信号输入端；NIOS II软核处理器(1)，用于上位机(U)发出的关节动作命令的解算，实现与上位机(U)的CAN总线通讯协议，还用于执行解算的命令，调整控制参数，实现关节空间的轨迹规划、关节空间控制参数的管理以及关节空间的位置、力矩和阻抗控制；CAN总线软核控制器(3)，用于将关节空间信息通过CAN总线接口电路(14)传送给上位机(U)，还用于将上位机(U)的控制命令和数据信息通过Avalon总线模块(2)发送给NIOS II软核处理器(1)；关节电机驱动电路(4)，用于输出驱动关节电机工作的正弦波信号或方波信号；码盘接口电路(5-1)，用于传输被测量的电机位置信息和转速信息；电机位置坐标变化电路(5-2)，用于对测量获得的电机位置信息进行坐标变换；电机相电流采集接口电路(5-3)，用于传输被采集的电机相电流；关节传感器信息采集SPI接口电路(6)，用于传输包括位置和力矩的关节空间信息。