伺服控制器的設計優化

　　本伺服控制器以FPGA為核心，在硬件設計中主要進行了驅動模塊設計、控制模塊設計和通信模塊設計。FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片FPGA加一片EPROM的方式；主從模式可以支持一片PROM編程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設模式可以將FPGA作為微處理器的外設，由微處理器對其編程。

　　驅動模塊主要包括控制波產生單元、力矩電機光電編碼器信號采集與處理、可編程死區發生器等部件。在驅動模塊中輔助芯片采用可編程器件EPlK30QC208，它采用可重構的CMOS SRAM工藝，把連續的快速通道與*的嵌入式陣列（EAB）相結合，同時結合眾多可編程器件的優點來完成普通門陣列的宏功能，主要完成伺服控制器的各種硬件邏輯接口功能。 EPlK30QC208主要完成4個接口的邏輯功能，D/A轉換器件采用雙通道DAC芯片DAC5573，相對TLC2543來說，硬件的連接簡單很多，因為它采用標準的I2C總線，同時S3C4510里包含I2C的控制器，所以DAC5573只需接到4510的SDA和SCL這兩個引腳，就可以實現兩者之間的通信。控制模塊方面速度環節和位置環節分別采用PD和PID控制。由于本控制器以控制直流力矩電機為zui終目的，因此在控制模塊的設計方面需要研究力矩電機的驅動及其電壓值獲取。在本控制器設計過程中需要對上述各項進行綜合控制與處理，以達到合理地控制開銷和控制精度的平衡。在三軸伺服裝置中選用PID控制算法。

　　在控制模塊的設計中速度與位置調節的是整個控制的主體，本伺服控制器完成輸入信號與輸出信號的比較，再通過位置校正、速度校正、機械諧振校正之后，校正后的信號控制PWM發生器的占空比，具有一定占空比的PWM信號控制PWM功率級，進而驅動被控對象。

　　基于FPGA的三軸伺服控制器的通信模塊設計在硬件設計中也占有很大的比重。整體的通訊設計接口采用基于RS232的通用串口通信方式。采用這種接口方式能夠在滿足系統現場編程通信的同時滿足系統的遠程通信要求。該通信模塊采用一個帶有UART口的MCU，由于該MCU的數據都是立即數，在運行過程中并沒有取數據操作，因此設計的流水線結構采用三級結構，分別為取指令、譯碼和指令執行。而MCU的指令地址則由程序計數器給出。在通信模塊的設計主要考慮的是正常上位機通信的進行和遠程監控通信的有效實施。

　　本三軸伺服控制器的硬件設計需要配合軟件才能有效運行，該控制器軟件設計的主要任務是：完成對接口的初始化；上位機能夠對獨立控制三軸的伺服控制設備進行指令控制；對于光電編碼器反饋的速度信號和位置信號進行讀取和分析處理；根據反饋的數據和外部的腔制命令完成整個控制系統的閉環控制。