[发明专利]一种少资源FPGA多轴电流环

说明书

本发明涉及一种少资源FPGA多轴电流环，包括电流环运算模块、数据存取调度模块、参数存取模块和变量存取模块；电流环运算模块：用于反馈输入量调理，用于进行电流环运算；数据存取调度模块：用于选择输出电流环运算模块的反馈输入量、接收电流环运算模块输出的各轴计算结果；用于控制参数存取模块、变量存取模块的存取时机和存取动作；参数存取模块：用于存取各轴电流环运算所需参数；变量存取模块：用于存取各轴电流环运算过程中的变量；其中，参数存取模块和变量存取模块均采用FPGA内部的RAM资源来存储数据并使用两级缓冲寄存器进行存取缓存，数据存取和电流环运算并行进行。本发明在不增加控制时间的基础上进一步减少FPGA实现多轴同步电流环所需资源。

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种少资源FPGA多轴电流环。

背景技术

由于传统的基于处理器（MCU/ARM/DSP）软件的电机控制系统所固有的滞后控制特性以及处理速度慢和片上资源不足的缺陷，正越发明显的制约着电机驱动控制性能的提高。FPGA凭借其与生俱来的速度和资源优势，近年来在工业控制领域发展迅猛。一般来讲，交流电机电流环控制具有固定性，重复性以及可复制性，因此利用FPGA实现电流环已流行于伺服控制系统中，一方面提高了电流环性能，另一方面释放处理器（MCU/ARM/DSP）资源，使得速度环和位置环可以获得更高性能。

在多轴伺服控制方案中，利用FPGA实现多轴同步电流环的方法已有很多种，其中消耗的FPGA资源的多少，以及实现所需的时间的长短，是评价其性能的两个主要因素。

现有技术中只考虑了将电流环控制算法运算部分进行了复用，这是一种普遍自然可以想到的方法。然而，传统FPGA实现多轴电流环复用设计中，采用寄存器存储的方式保存每个轴电流环运算所需的参数，以及每个轴运算过程中的变量，具体体现在以下两个方面：（1）、每个轴电流环运算对应的参数（例如调节参数、电机参数）、电流指令、控制信号等均无法复用，而这些信息都是存储在FPGA的寄存器中，众所周知FPGA的寄存器资源宝贵且相对稀少；（2）、由于单个电流环运算模块被反复调用应用于多轴，每个轴运算过程中的变量也需要额外增加寄存器用于缓存。

使用寄存器存放数据虽然可以实现立即更新、随时使用，但由于FPGA特殊的寄存器配查找表（LUT）组合的架构，不成比例地增加寄存器也会导致未被使用的查找表（LUT）资源被占用，且这种现象会随着轴数的增加越发严重，很容易导致FPGA资源紧张。如图1，以传统参数读取为例，其中所需寄存器资源是随着轴数的增加而成正比增加的，即上述（1）（2）内容仍会随着控制轴数的增加而增加FPGA所消耗的资源。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种少资源FPGA多轴电流环，在不增加控制时间的基础上进一步减少FPGA实现多轴同步电流环所需资源，使FPGA资源消耗不随轴数增加而增加。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种少资源FPGA多轴电流环，包括：

电流环运算模块：用于反馈输入量的调理，电流环运算；

数据存取调度模块：用于选择输出电流环运算模块的反馈输入量、接收电流环运算模块输出的各轴计算结果；用于控制参数存取模块、变量存取模块的存取时机和存取动作；

参数存取模块：用于存取各轴电流环运算所需参数；

变量存取模块：用于存取各轴电流环运算过程中的变量；

其中，参数存取模块和变量存取模块均采用FPGA内部的RAM资源来存储数据；参数存取模块和变量存取模块均使用两级缓冲寄存器对数据进行存取的缓存，数据存取和电流环运算并行进行。

进一步地，电流环运算模块时分复用，当本周期电流环运算启动信号到来时，进行第一个轴电流环运算，当当前轴电流环运算结束后，立即启动下一个轴的电流环运算，直至所有轴运算完成。