[发明专利]基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器及控制系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器及控制系统。其中，一种基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器，包括存储模块、软核IP和多轴联动运动控制模块，所述多轴联动运动控制模块被配置为执行以下程序：设定可连续加工的线段的起始加工点为在X、Y、Z三轴坐标系下的原点；获取可连续加工的线段中的当前加工点相对于原点的坐标信息；实时求取矢量虚拟长轴，其中，虚拟长轴的矢量方向为从原点指向当前加工点，虚拟长轴的矢量大小为当前加工点距离原点的距离大小；在虚拟长轴的矢量方向上进行调速，再利用虚拟长轴对X、Y、Z三轴进行数字积分插补，实现X、Y、Z三轴进给脉冲的分配，最终实现X、Y、Z三个轴向的调速。

技术领域

本发明属于电子控制领域，尤其涉及一种基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器及控制系统。

背景技术

运动控制系统广泛应用于关系国计民生的各个方面，如数控机床、绘图仪、雕刻机等。由于步进电机具有使用简单、运动精确、连续运行无累积误差等特点，因而被广泛应用于各种运动控制系统中。

传统的运动控制系统概括起来可分为两类，一类以微控制器(MCU)/微处理器(MPU)/数字信号处理器(DSP)为核心的系统；另一类以专用的运动控制芯片为核心的系统。此两种系统分别在速度和成本上有不足，尤其是其单纯依靠软件的修改来达到控制要求的特点在许多实际应用中不足以使其达到特定应用场合的要求，且当系统升级时，通常需要对整个电路重新进行设计，这样既延长了升级的周期，又增加了升级成本，因而在实际应用中受到一定的限制。

另外，传统的运动控制系统在沿预设轨迹运动的过程中，采用传统的数字积分插补算法实现对预设轨迹的跟踪，而传统的数字积分插补算法要对长轴L(即X、Y、Z三轴中的最长轴)进行判断，然后通过长轴进行插补，而每次长轴进行切换就要进行一次加减速控制，这在实际工程中直接影响了系统的性能。

而且传统的运动控制系统在进行加减速控制的过程是基于时间参数实现的，其中涉及速度、距离和加速度之间的关系，需要进行复杂的乘法等运算，这样使得运动控制系统的调速效率低。

综上所述，亟需研发一种易于升级维护、控制性能及效率高且成本低的运动控制器及系统。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器，其易于升级维护、控制性能及效率高且成本低。

本发明的一种基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器，包括存储模块、软核IP和多轴联动运动控制模块，所述多轴联动运动控制模块被配置为执行以下程序：

设定可连续加工的线段的起始加工点为在X、Y、Z三轴坐标系下的原点；

获取可连续加工的线段中的当前加工点相对于原点的坐标信息；

实时求取矢量虚拟长轴，其中，虚拟长轴的矢量方向为从原点指向当前加工点，虚拟长轴的矢量大小为当前加工点距离原点的距离大小；

在虚拟长轴的矢量方向上进行调速，再利用虚拟长轴对X、Y、Z三轴进行数字积分插补，实现X、Y、Z三轴进给脉冲的分配，最终实现X、Y、Z三个轴向的调速。

进一步的，所述基于FPGA的SOPC多轴联动运动控制器还包括IO模块，所述IO模块包括回零输入模块，所述回零输入模块用于接收外部机械回零信号，实现加工设备回机械原点。

进一步的，所述IO模块还包括步进电机控制输出模块，其与多轴联动运动控制模块相连，且通过步进电机细分驱动器直接驱动步进电机。

进一步的，所述IO模块还包括直流电机控制输出模块，其与软核IP相连，用于实现直流电机的PWM控制。

进一步的，所述软核IP与多轴联动运动控制模块通过总线接口模块相连。