基于DSP+FPGA的模塊式伺服控制器的設(shè)計及實現(xiàn).pdf

1、本文針對仿真測試轉(zhuǎn)臺發(fā)展需求，設(shè)計開發(fā)了一套以FPGA和DSP以及ARM作為核心器件、以實時以太網(wǎng)EtherCAT作為通信總線、集成了諸多接口和功能的主從模塊式伺服控制器。
　　首先全面的介紹了國內(nèi)外在伺服控制器的研究現(xiàn)狀，分析了伺服控制器的硬件構(gòu)成和主要的伺服控制算法。根據(jù)轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的功能要求，提出了由軸控制器、主控制器和實時以太網(wǎng)總線組成的總體設(shè)計方案。其中，軸控制器以DSP和FPGA為核心器件，負(fù)責(zé)實現(xiàn)單個軸的閉環(huán)控制；主

2、控制器以 ARM和FPGA為核心器件，對所有的軸控制器進(jìn)行配置和管理；而軸控制器和主控制器間的通信則采用實時以太網(wǎng)總線EtherCAT實現(xiàn)。
　　然后，對軸控制器的功能需求進(jìn)行了分析，考慮接口、尺寸以及電磁兼容性等要求，采用雙層架構(gòu)和四層PCB板結(jié)構(gòu)，完成了核心控制器以及外圍電路的硬件設(shè)計和制作。通過FPGA程序設(shè)計，實現(xiàn)了I/O讀寫、D/A和A/D信號轉(zhuǎn)換、增量式和絕對式編碼器信號處理等功能；通過DSP程序設(shè)計，實現(xiàn)了各種典型指

3、令的規(guī)劃、參數(shù)可靈活配置的，包含串聯(lián)、前饋及限波等環(huán)節(jié)的控制算法。
　　其次，根據(jù)主控制器配置和管理軸控制器的功能要求，設(shè)計了以ARM+FPGA為核心板，其它外圍電路及接口為載板的架構(gòu)方案，采用四層板實現(xiàn)硬件電路的設(shè)計。在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)了FPGA和ARM程序，利用ARM的FSMC實現(xiàn)了與FPGA的數(shù)據(jù)交互，采用嵌uC/OS-II操作系統(tǒng)方案進(jìn)行多任務(wù)開發(fā)，實現(xiàn)了軸控制器的管理以及與外圍設(shè)備的通信。
　　最后，對實

4、時以太網(wǎng)總線EtherCAT的軟硬件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。EtherCAT實時以太網(wǎng)工業(yè)總線采用主從式控制結(jié)構(gòu)，主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給各個從站，從站從數(shù)據(jù)幀中抽取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)插入。主站目前采用PC機(jī)以太網(wǎng)卡，通過Twincat實現(xiàn)主站功能；從站上采用ET1100作為從站控制器，ET1100通過并行總線的方式與軸控制器相連，軸控制器中的FPGA通過CFI Controller對ET1100進(jìn)行讀寫控制，完成EtherCAT從站的開發(fā)，實現(xiàn)了主站和軸