伺服控制器的設(shè)計優(yōu)化

　　本伺服控制器以FPGA為核心，在硬件設(shè)計中主要進行了驅(qū)動模塊設(shè)計、控制模塊設(shè)計和通信模塊設(shè)計。FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對其編程。

　　驅(qū)動模塊主要包括控制波產(chǎn)生單元、力矩電機光電編碼器信號采集與處理、可編程死區(qū)發(fā)生器等部件。在驅(qū)動模塊中輔助芯片采用可編程器件EPlK30QC208，它采用可重構(gòu)的CMOS SRAM工藝，把連續(xù)的快速通道與*的嵌入式陣列（EAB）相結(jié)合，同時結(jié)合眾多可編程器件的優(yōu)點來完成普通門陣列的宏功能，主要完成伺服控制器的各種硬件邏輯接口功能。 EPlK30QC208主要完成4個接口的邏輯功能，D/A轉(zhuǎn)換器件采用雙通道DAC芯片DAC5573，相對TLC2543來說，硬件的連接簡單很多，因為它采用標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線，同時S3C4510里包含I2C的控制器，所以DAC5573只需接到4510的SDA和SCL這兩個引腳，就可以實現(xiàn)兩者之間的通信?？刂颇K方面速度環(huán)節(jié)和位置環(huán)節(jié)分別采用PD和PID控制。由于本控制器以控制直流力矩電機為zui終目的，因此在控制模塊的設(shè)計方面需要研究力矩電機的驅(qū)動及其電壓值獲取。在本控制器設(shè)計過程中需要對上述各項進行綜合控制與處理，以達到合理地控制開銷和控制精度的平衡。在三軸伺服裝置中選用PID控制算法。

　　在控制模塊的設(shè)計中速度與位置調(diào)節(jié)的是整個控制的主體，本伺服控制器完成輸入信號與輸出信號的比較，再通過位置校正、速度校正、機械諧振校正之后，校正后的信號控制PWM發(fā)生器的占空比，具有一定占空比的PWM信號控制PWM功率級，進而驅(qū)動被控對象。

　　基于FPGA的三軸伺服控制器的通信模塊設(shè)計在硬件設(shè)計中也占有很大的比重。整體的通訊設(shè)計接口采用基于RS232的通用串口通信方式。采用這種接口方式能夠在滿足系統(tǒng)現(xiàn)場編程通信的同時滿足系統(tǒng)的遠程通信要求。該通信模塊采用一個帶有UART口的MCU，由于該MCU的數(shù)據(jù)都是立即數(shù)，在運行過程中并沒有取數(shù)據(jù)操作，因此設(shè)計的流水線結(jié)構(gòu)采用三級結(jié)構(gòu)，分別為取指令、譯碼和指令執(zhí)行。而MCU的指令地址則由程序計數(shù)器給出。在通信模塊的設(shè)計主要考慮的是正常上位機通信的進行和遠程監(jiān)控通信的有效實施。

　　本三軸伺服控制器的硬件設(shè)計需要配合軟件才能有效運行，該控制器軟件設(shè)計的主要任務(wù)是：完成對接口的初始化；上位機能夠?qū)Κ毩⒖刂迫S的伺服控制設(shè)備進行指令控制；對于光電編碼器反饋的速度信號和位置信號進行讀取和分析處理；根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)和外部的腔制命令完成整個控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制。