本實用新型屬于電機控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的多電機控制系統(tǒng)及電機控制方法。

背景技術(shù)：

電動機是電能轉(zhuǎn)化為機械能的必要裝置，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)民用設(shè)備中。近些年來，隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電機的應(yīng)用得到進一步發(fā)展，電機控制器經(jīng)歷了從模擬控制器到數(shù)字控制器的發(fā)展，數(shù)字控制器與模擬控制器相比，性能更可靠、參數(shù)調(diào)節(jié)更方便、控制精度更高、控制策略更靈活并且對環(huán)境因素不敏感。

數(shù)字控制器一般采用CPU控制電機，雖然比模擬控制器減小了系統(tǒng)體積、簡化了電路，傳統(tǒng)的以單片機為CPU的運動控制卡已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)和社會發(fā)展的要求，其主要表現(xiàn)在：速度的運算需要CPU的頻繁參與，導(dǎo)致了運算時間增加，影響系統(tǒng)的整體效率，在驅(qū)動多個電機的情況下，CPU的運行速度成了提高性能的瓶頸，而且控制的電機數(shù)量有限，基本上以一個控制系統(tǒng)控制一臺電機，控制范圍有限，而且成本高昂，靈活性查。

為克服上述CPU直接控制電機存在的不足，目前市場上出現(xiàn)了采用FPGA 作為控制器的電機控制系統(tǒng)，如中國專利“一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機控制系統(tǒng)”(專利申請?zhí)枺?01520425129.7)公開的電機控制系統(tǒng)，只需向FPGA控制器中寫入控制參數(shù)，運算由FPGA控制器完成，提高了運算速度和控制精度。然而在一些工業(yè)和民用設(shè)備中，需要用到多臺步進電機或伺服電機。在用FPGA作為控制器的設(shè)計中，一般每個電機使用一個控制模塊，這種設(shè)計消耗的FPGA資源較多，限制了FPGA芯片的選擇范圍，提高了設(shè)計成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述采用FPGA作為控制器的電機控制系統(tǒng)存在的缺陷，本實用新型提供一種基于FPGA的多電機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)一個FPGA控制器控制多個電機的目的。

為了達到目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為：

本實用新型涉及的一種單FPGA實現(xiàn)的多臺電機的控制系統(tǒng)，其特征在于：其包括CPU、FPGA控制器和若干用于驅(qū)動電機的電機驅(qū)動器，所述的FPGA控制器包括與電機驅(qū)動器一一對應(yīng)的參數(shù)寄存器組、電機選擇寄存器、第一選擇器、選定參數(shù)寄存器組、和第二選擇器，參數(shù)寄存器組及電機選擇寄存器的輸入端均與CPU通信連接，輸出端均與第一選擇器通信連接，第一選擇器的輸出端與選定參數(shù)寄存器組的輸入端通信連接，選定參數(shù)寄存器組的輸出端與第二選擇器的輸入端通信連接，第二選擇器包括與電機驅(qū)動器等量的輸出端，每個輸出端分別連接一個電機驅(qū)動器，每個電機驅(qū)動器又對應(yīng)電連接一個電機；所述的電機驅(qū)動器包括若干組光耦隔離、三相逆變器、電壓電流檢測串口和串口隔離，所述的光耦隔離的輸入端均與第二選擇器通信連接，每個光耦隔離對應(yīng)一個三相逆變器，光耦隔離的輸出端與三相逆變器的輸入端連接，三相逆變器的輸出端與電機連接，所有電機均與電壓電流檢測串口連接，電壓電流檢測串口通過串口隔離與 FPGA控制器連接。

優(yōu)選地，所述的每個參數(shù)寄存器組均包括啟動寄存器、方向寄存器、轉(zhuǎn)速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、減速位置寄存器和停止位置寄存器，所述的啟動寄存器、方向寄存器、轉(zhuǎn)速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、減速位置寄存器和停止位置寄存器均通過數(shù)據(jù)、地址及控制總線與CPU連接。

優(yōu)選地，所述的選定參數(shù)寄存器組包括啟動寄存器、方向寄存器、轉(zhuǎn)速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、減速位置寄存器和停止位置寄存器，所述的啟動寄存器、方向寄存器、轉(zhuǎn)速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、減速位置寄存器和停止位置寄存器均通過數(shù)據(jù)、地址及控制總線與第一選擇器連接。

采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本實用新型涉及的基于FPGA的多電機控制系統(tǒng)采用一個FPGA控制器控制多個電機，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計，節(jié)約了FPGA資源，增加了FPGA芯片的選擇范圍，降低了設(shè)計成本。

附圖說明

圖1是本實用新型基于FPGA的多電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型電機驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為進一步了解本實用新型的內(nèi)容，結(jié)合實施例對本實用新型作詳細(xì)描述，以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

結(jié)合附圖1所示，本實施例涉及的一種單FPGA實現(xiàn)的多臺電機的控制系統(tǒng)包括CPU1、FPGA控制器2和電機驅(qū)動器3，用于控制數(shù)量為N的電機4。其中，CPU 1與FPGA控制器2通過數(shù)據(jù)、地址及控制總線連接。所述的FPGA 控制器2包括N個參數(shù)寄存器組21、一個電機選擇寄存器24、一個第一選擇器 22、一個選定參數(shù)寄存器組23和一個第二選擇器25，參數(shù)寄存器組21的輸入端以及電機選擇寄存器24的輸入端均與CPU連接，其中，參數(shù)寄存器組21又包括啟動寄存器、方向寄存器、轉(zhuǎn)速寄存器、加速度寄存器、模式寄存器、減速位置寄存器和停止位置寄存器，CPU 1將速度、加速度、方向、加速度、運行模式、減速位置、停止位置等參數(shù)寫入?yún)?shù)寄存器組中，并將啟動電機的編號寫入電機選擇寄存器24中。所有參數(shù)寄存器組的輸出端、以及電機選擇寄存器組24 的輸出端均與第一選擇器22連接，第一選擇寄存器的輸出端與選定參數(shù)寄存器組23的輸入端連接，參數(shù)寄存器組23的輸出端與第二選擇寄存器通信連接，電機選擇寄存器24的另一個輸出端與第二選擇器25的另一個輸入端連接，第一選擇器22根據(jù)寫入電機選擇寄存器24的編號，從相應(yīng)的參數(shù)寄存器組21中提取信號，并將信號傳輸給第二選擇器25，第二選擇器25根據(jù)電機選擇寄存器24 寫入的編號，將該信號再次傳輸給電機驅(qū)動器3中。

結(jié)合附圖2所示，所述的電機驅(qū)動器3包括光耦隔離31、三相逆變器32、電壓電流檢測串口33和串口隔離34，光耦隔離31的輸入端與第二選擇器25的輸出端連接，每個光耦隔離31的輸出端均連接一個三相逆變器32，每個三相逆變器32又各自連接一個電機4，電機通過線路連接電壓電流檢測串口33，電壓電流檢測串口33通過串口隔離34由于FPGA控制器2連接。所述光耦隔離31 接收所述FPGA控制器2提供的驅(qū)動信號，同時將強電和弱電進行隔離，將驅(qū)動信號輸出給所述三相逆變器32，三相逆變器32接收由所述光耦隔離中隔離后的驅(qū)動脈沖，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生一電壓信號，電壓電流檢測串口將所述逆變單元中產(chǎn)生的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過串口隔離后，輸入所述FPGA控制器2，F(xiàn)PGA控制器2將電壓信號儲存。

以上結(jié)合實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。