基于FPGA的智能电机控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的智能电机控制系统及控制方法，所述控制系统包括上位机、单片机、FPGA模块和存储模块，其中，上位机分别与单片机和FPGA模块电连接，用于分别向FPGA模块和单片机发送作业指令；FPGA模块用于接收上位机发送的作业指令，并根据作业指令向单片机发送作业请求；单片机分别与FPGA模块和存储模块电连接，用于接收作业指令和作业请求，并根据作业指令和作业请求从存储模块中调取配置文件，将配置文件发送给FPGA模块；FPGA模块还用于根据配置文件控制电机运行。本申请利用FPGA模块的可重构性，通过读取配置文件实现新的逻辑组合实现新的功能，从而实现对不同类型的电机进行控制，灵活度高，且结构简单。

Intelligent Motor Control System and Control Method Based on FPGA

The invention relates to an intelligent motor control system and control method based on FPGA. The control system includes a host computer, a single chip computer, a FPGA module and a storage module. The host computer is electrically connected with a single chip computer and a FPGA module respectively to send operation instructions to the FPGA module and a single chip computer respectively. The FPGA module is used to receive the operation instructions sent by the host computer and according to the operation instructions. The MCU is electrically connected with the FPGA module and the storage module to receive the operation instructions and requests, and the configuration files are transferred from the storage module to the FPGA module according to the operation instructions and requests. The FPGA module is also used to control the motor operation according to the configuration files. This application makes use of the reconfigurability of the FPGA module, realizes the new logic combination by reading the configuration file and realizes the new function, thus realizes the control of different types of motors with high flexibility and simple structure.

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的智能电机控制系统及控制方法
本专利技术属于工控
，具体涉及一种基于FPGA的智能电机控制系统及控制方法。
技术介绍
早期的控制系统大部分都是针对某种数控设备的特定工艺而设计，这类控制系统虽然可以独立完成控制目标，甚至人机交互功能，但它的开放性较差，用户不能根据现场需求而重构控制系统。随着高密度高容量可编程逻辑器件技术的发展，FPGA(现场可编程逻辑阵列)芯片可随时更改其逻辑组合实现新的功能，这意味着可以在一定的范围内不需重新布线而增加新的功能，因此在高性能开放式控制器中的应用越来越广泛。现有技术中，存在一种可重构的运动控制器：主要介绍的是一种可重配置的用于控制步进、伺服电机运动的运动控制器，是一种可通过重配置从而改变其功能的运动控制器。具体实施方式是通过更改FPGA子系统的内部功能模块实现可重构的。具体设计是采用了组件化的设计理念，其设计过程分为两个阶段：IP组件设计和应用设计。可重构运动控制器的功能以IP组件为基本单元，每个IP组件实现特定的功能，IP组件之间通过总线相连。现有技术中还存在一种可重构的交流伺服驱动控制系统。具体涉及一种可重构的交流伺服驱动控制系统。交流伺服控制器通过FPGA信号预处理接收上位控制器和按键显示控制面板下发的运动参考命令，交流伺服驱动控制器还接收经FPGA信号预处理处理的功率驱动和编码器的反馈数据信息，再经交流伺服驱动控制器的控制算法产生驱动信息，驱动信息经功率驱动放大功率驱动交流伺服电机运动。综上可知，现有技术是通过更改FPGA子系统的内部功能模块实现可重构的，存在灵活性不高，内部结构复杂等问题。专利技术内容针对以上存在的问题，本专利技术提出了一种基于FPGA的智能电机控制系统及控制方法，具体的实施方式如下。本专利技术实施例提供一种基于FPGA的智能电机控制系统，包括上位机、单片机、FPGA模块和存储模块，其中，所述上位机分别与所述单片机和所述FPGA模块电连接，用于分别向所述FPGA模块和所述单片机发送作业指令；所述FPGA模块还与所述单片机电连接，用于接收所述上位机发送的作业指令，并根据所述作业指令向所述单片机发送作业请求；所述单片机还与所述存储模块电连接，用于接收所述作业指令和所述作业请求，并根据所述作业指令和所述作业请求从存储模块中调取配置文件，将配置文件发送给FPGA模块；所述FPGA模块还用于根据所述配置文件控制电机运行。在本专利技术的一个实施例中，还包括传感器，所述传感器分别与电机和FPGA模块电连接，所述传感器用于检测电机的运行参数，并将所述运行参数发送给FPGA模块；所述FPGA模块还用于将所述运行参数发送给所述上位机。在本专利技术的一个实施例中，还包括模数转换器，所述模数转换器设置于所述传感器和所述FPGA模块之间。在本专利技术的一个实施例中，所述FPGA模块还与所述存储模块电连接，所述FPGA模块用于生成多个用于控制不同电机的配置文件。在本专利技术的一个实施例中，所述上位机包括显示屏，用于显示电机的运行参数。在本专利技术的一个实施例中，所述作业指令包括启动命令和控制对象的控制参数。在本专利技术的一个实施例中，所述作业请求包括电机型号和文件下载请求。在本专利技术的一个实施例中，所述运行参数包括电机转速和运行温度。本专利技术的另一个实施例提供一种基于FPGA的智能电机控制方法，其中，上位机分别向FPGA模块和单片机发送作业指令；所述FPGA模块接收所述上位机发送的作业指令，并根据所述作业指令向所述单片机发送作业请求；所述单片机接收所述作业指令和所述作业请求，并根据所述作业指令和所述作业请求从存储模块中调取配置文件，将配置文件发送给所述FPGA模块；所述FPGA模块根据所述配置文件控制电机运行。在本专利技术的一个实施例中，还包括利用所述FPGA模块生成多个用于控制不同电机的配置文件，并将所述配置文件存储于存储模块中。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供的基于FPGA的可重构智能电机控制系统，利用FPGA模块通过读取配置文件实现新的逻辑组合，从而能够实现新的功能，因此，通过读取不同的配置文件即可对不同类型的电机进行控制，且不需要对FPGA模块内部的功能模块进行修改，因此该控制系统灵活度高，且结构简单。2、本专利技术提供的基于FPGA的智能电机控制方法，利用FPGA模块读取不同的配置文件，从而能够对不同类型的电机进行控制，本申请提供的智能电机控制方法，不仅可以对多种类型的电机进行控制，而且控制方法简单灵活。附图说明图1为本专利技术提供的智能电机控制系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例一如图1所示，图1为本专利技术提供的智能电机控制系统的结构示意图；本专利技术实施例提供的基于FPGA的可重构智能电机控制系统，包括上位机、单片机、FPGA模块和存储模块，具体的，上位机分别与单片机和FPGA模块电连接，单片机分别与FPGA模块和存储模块电连接，其中，存储模块中存储有多个配置文件，该多个配置文件具体包括步进电机配置文件、伺服电机配置文件以及其他多种类型电机的配置文件，该些配置文件主要用于控制电机的运转，多个配置文件构成智能的电机配置文件库。本技术方案中，FPGA模块具有可随时更改逻辑组合的性能，因此，当控制不同类型电机时，仅需通过改变FPGA模块的内部逻辑组合即可实现，然而每更改一次电机类型就针对FPGA模块的内部功能模块进行一次重组会造成资源浪费，而且提高了技术实现的难度、灵活性较差，为解决该技术问题，本实施例中，依然利用FPGA模块的可重构性，但不通过更改其内部功能模块，而通过读取配置文件改变FPGA模块内部的逻辑组合来实现。需要说明的是，本实施例中的配置文件均是预先使用FPGA模块设计好的。具体的，上位机由工作人员操作，向单片机和FPGA模块发送作业指令，该作业指令包括启动命令和控制对象的控制参数。单片机收到作业指令后启动，FPGA模块收到该作业指令后启动，并根据控制对象的控制参数向单片机发送作业请求，作业请求包括电机型号和文件下载请求，单片机收到作业请求后，将作业请求中的电机型号与从上位机收到的作业指令中的控制参数进行对比，若匹配，则单片机从存储模块中调取相应的配置文件，并将该配置文件通过SPI接口发送给FPGA模块，FPGA模块接收到配置文件后，向单片机反馈完成信息。进一步的，FPGA模块读取配置文件，即FPGA模块按照配置文件的内容进行逻辑组合以实现新功能，从而对电机进行控制。综上可知，本专利技术提供的基于FPGA的可重构智能电机控制系统，利用FPGA模块通过读取配置文件实现新的逻辑组合，从而能够实现新的功能，因此，通过读取不同的配置文件即可对不同类型的电机进行控制，且不需要对FPGA模块内部的功能模块进行修改，因此该控制系统灵活度高，且结构简单。实施例二在上述实施例的基础上，本实施例对智能电机控制系统进行进一步详细说明，具体的，本实施例提供的智能电机控制系统还包括传感器，传感器设置在电机和FPGA模块之间，具体的，传感器安装于电机上，用于检测电机的运行参数，该运行参数包括电机转速、运行温度。同时，传感器将检测到的运行参数发送给FPGA模块，FPGA模块将收到的电机的反馈信息发送给上位机。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的智能电机控制系统，其特征在于，包括上位机、单片机、FPGA模块和存储模块，其中，所述上位机分别与所述单片机和所述FPGA模块电连接，用于分别向所述FPGA模块和所述单片机发送作业指令；所述FPGA模块还与所述单片机电连接，用于接收所述上位机发送的作业指令，并根据所述作业指令向所述单片机发送作业请求；所述单片机还与所述存储模块电连接，用于接收所述作业指令和所述作业请求，并根据所述作业指令和所述作业请求从存储模块中调取配置文件，将配置文件发送给FPGA模块；所述FPGA模块还用于根据所述配置文件控制电机运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的智能电机控制系统，其特征在于，包括上位机、单片机、FPGA模块和存储模块，其中，所述上位机分别与所述单片机和所述FPGA模块电连接，用于分别向所述FPGA模块和所述单片机发送作业指令；所述FPGA模块还与所述单片机电连接，用于接收所述上位机发送的作业指令，并根据所述作业指令向所述单片机发送作业请求；所述单片机还与所述存储模块电连接，用于接收所述作业指令和所述作业请求，并根据所述作业指令和所述作业请求从存储模块中调取配置文件，将配置文件发送给FPGA模块；所述FPGA模块还用于根据所述配置文件控制电机运行。2.根据权利要求1所述的智能电机控制系统，其特征在于，还包括传感器，所述传感器分别与电机和FPGA模块电连接，所述传感器用于检测电机的运行参数，并将所述运行参数发送给FPGA模块；所述FPGA模块还用于将所述运行参数发送给所述上位机。3.根据权利要求2所述的智能电机控制系统，其特征在于，还包括模数转换器，所述模数转换器设置于所述传感器和所述FPGA模块之间。4.根据权利要求2所述的智能电机控制系统，其特征在于，所述FPGA模块还与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉伟，王勇，贾红，程显志，陈维新，韦嶔，
申请(专利权)人：西安智多晶微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61