基于DSP与FPGA的跟踪伺服运动控制器设计

基于DSP+FPGA的开放式机器人运动控制器的研究共3篇基于DSP+FPGA的开放式机器人运动控制器的研究1开放式机器人运动控制器是一种专为机器人运动控制而设计的控制器，其运行在数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）之上。

这种控制器的目的是完整控制机器人的运动，并提供精细的数据采集和处理，从而可以在进行复杂的运动控制时快速而准确地响应外界的刺激。

DSP+FPGA控制器的设计与传统机器人控制器类似，但是一些核心的结构和特征有所改变。

在DSP+FPGA控制器中，DSP主要用于实现运动控制算法、信号处理和通信控制，而FPGA则用于实现实时IO接口的数据采集及处理。

由于DSP的高效性能和FPGA的高速IO，因此该控制器可以在实时性和精度方面取得更高效的控制效果。

在DSP+FPGA控制器的设计中，需要深入了解机器人的运动学和动力学。

运动学涉及机器人的轨迹和位置控制，而动力学则涉及机器人的力学和电气特性的精确计算和控制。

因此，开发者需要掌握基本的控制算法、数学模型和信号处理技术，才能更好地设计出适应不同机器人类型和应用场景的开放式机器人控制器。

在实现DSP+FPGA开放式机器人运动控制器的过程中，需要注意以下几点：1. 高速数据采集和处理：FPGA作为实时IO接口向DSP提供高速而可靠的数据（例如机器人的位置、偏差、角度和力量数据）。

2. 快速响应和反应能力：DSP负责处理数据和运动控制算法，并通过FPGA控制机器人的开关、电机和伺服系统。

3. 多通道数据处理：DSP和FPGA需要支持多通道数据采集和处理，以实现同步的运动控制和精密的位置控制。

4. 丰富的输入和输出功能：DSP+FPGA控制器需要支持多种IO接口，例如模拟量输入、数字量输入、PWM控制、编码器反馈等，以实现对机器人的全面控制。

5. 跨平台的可移植性：DSP+FPGA控制器需要支持不同操作系统和平台，以适应各种机器人应用场景的需求。

科学咨询/科技管理2019年第33期(总第652期)摘 要：本文提出一种采用具有强大的事件管理能力的DSP结合具有高速逻辑运算能力的FPGA的全数字电路控制硬件设计方案。

一方面，该方案可以充分利用FPGA高速并行处理的优点，满足多通道、多类型信号采样，实现转速、电流实时控制，减轻DSP的负担；另一方面，该方案可以利用FPGA大规模高度集成的特点，缩减数字电路部分的体积空间。

另外，考虑到转换精度、系统灵敏度和分辨率等因素，方案还采用了高精度模数转换芯片AD7656。

关键词：伺服控制；DSP；FPGA；AD7656引言在飞行控制系统中，伺服系统是不可或缺的关键组件。

近年来，电动伺服系统以其简单可靠、工艺性好、使用和维护方便、能源单一、成本单一、易于控制等特点被广泛应用于各种飞行控制系统领域。

随着稀土永磁无刷直流电机及驱动技术、大规模数字集成电子技术的发展，数字伺服系统因结构相对简单、体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、调速相对灵活可控，已逐步推广应用于各型导弹武器系统。

本文提出以DSP结合FPGA的数字电路硬件设计方案。

DSP顺序运算速度快，复杂运算能力强，而FPGA逻辑资源丰富，高速并行工作能力强，可重复编程，可灵活、快速地集成多种外围控制和接口电路。

DSP+FPGA的系统架构兼有两种信号处理芯片的优越性，具有很好的控制和运算能力以及灵活性和通用性。

一、伺服系统工作原理电动伺服控制器通过总线通讯接口实时接收弹上系统指令信号，同时位置反馈信号、电流检测电路输出的电流信号经A/D转换，FPGA同步检测BLDCM输出的霍尔信号，将检测霍尔信号进行微分后得到相应的速度反馈信号，对位置反馈信号、速度反馈信号及电流反馈信号进行三环综合控制解算后，输出一定占空比PWM控制信号，经功率驱动器放大后驱动电机旋转，减速器降速增扭后带动舵面偏转，并将解算后的舵面实际位置反馈发送给弹上系统总线。

电动伺服系统工作原理见图1。