[发明专利]基于FPGA的模块化双关节伺服控制系统

摘要

本发明的基于FPGA的模块化双关节伺服控制系统，包括关节核心控制单元、CAN总线通信模块、电机驱动输出模块、旋变测角模块、力矩测量模块、DC/DC模块，关节核心控制单元包括NIOSII软核处理器、Avalon总线、CAN总线接口电路、串口接口电路I、PID控制器I、旋变解算接口电路、A/D接口电路、FIFO和看门狗电路，CAN总线通信模块包括CAN总线控制器I和总线驱动器I，电机驱动模块包括电机电源开关控制电路、串口通信电路，旋变测角模块包括旋变励磁产生单元和旋变信号解算单元，力矩测量模块包括电桥测量电路、放大器、A/D转换电路。上位机通过CAN总线和关节核心控制单元进行通信，关节核心控制单元通过电机驱动模块的串口向电机驱动器发送指令，再由电机驱动器控制电机，同时反馈电机的位置信息。

主权项

基于FPGA的模块化双关节伺服控制系统，其特征在于它包括关节核心控制单元1、CAN总线通信模块2、电机驱动输出模块3、旋变测角模块4、力矩测量模块5、DC/DC模块6，关节核心控制单元1包括NIOSII软核处理器1 1、Avalon总线1 2、CAN总线接口电路1 3、旋变解算接口电路1 6、A/D接口电路1 7、FIFO1 8，CAN总线通信模块2包括CAN总线控制器I2 1和总线驱动器I2 2，电机驱动模块3包括电机电源开关控制电路3 1和串口通信电路3 2，力矩测量模块5包括电桥测量电路5 1、放大器5 2、A/D转换电路5 3；上位机C通过CAN总线2和关节核心控制单元1进行通信，关节核心控制单元1通过电机驱动模块3的串口3 2向电机驱动器8发送指令，电机驱动器8最终控制电机9，同时反馈电机9的位置信息；关节核心控制单元1用于数据的存储、交换等处理，同时设计了与外设的接口逻辑，如与CAN总线接口电路1 3、旋变解算接口电路1 6、A/D接口电路1 7等，均在片内利用Verilog HDL实现；CAN总线通信模块2用于控制CAN总线，实现关节控制器1和上位机C的通信，CAN总线用于接收上位机C的指令信息，同时反馈各种状态信息；电机驱动模块3用于接收控制器1的命令来控制电机驱动器8；力矩测量模块5利用电桥测量电路5 1、放大器5 2、A/D转换电路5 3来测量转矩；旋变测角模块4用作角度传感器；DC/DC模块6用于将直流电源变换为关节控制器1所需要的各种二次电源。