倪明仪

（南宁铁路局货运处，广西 南宁530000）



基于FPGA的运动控制系统设计与实现

倪明仪

（南宁铁路局货运处，广西 南宁530000）

摘要：为提高系统性能和降低成本，基于FPGA设计和实现了一种运动控制系统，包括：Nios II软核、PWM脉冲发生器、测量单元等功能模块。轨迹发生器基于卷积的加减速控制方法实现，提高了运动平滑性。实验结果验证所设计的运动控制系统的可行性和有效性。

关键词:FPGA；PWM；运动控制

运动控制系统是航空航天、高铁系统、工业自动化的重要部件，其实现形式包括：基于DSP、基于DSP+CPLD、基于DSP+FPGA，以及基于ARM的运动控制系统等[1，2]。轨迹规划中的加减速控制方法有梯形加减速、指数加减速、S曲线加减速[3]。这些基于多项式的加减速控制方法，计算复杂度高，系统效率低。然而，基于卷积的加减速控制方法，可减小计算复杂度，更适合高阶的加减速控制方法[4]。

因此，本文研究了一种基于FPGA运动控制系统，实现了基于卷积的加减速控制方法。实验验证所设计的运动控制系统是有效和可行的，能够实现四阶的加减速，可跟随位移命令。

1　基于FPGA的运动控制系统

图1是FPGA内部总体功能模块，包括：时钟模块、数据通信接口、Nios II软核、PWM脉冲发生器、测量单元。

图1　FPGA内部总体功能结构图

Nios II软核，完成核心运算功能，主要包括：轨迹发生器、坐标分解、测量数据计算和PID控制器。轨迹发生器基于卷积的加减速控制，实现轨迹规划。坐标分解，将轨迹规划得到的位移，进行逆解，分解到每个轴上。每个轴的控制量，结合反馈量，进行PID控制。……