CNC步进电机控制4 -积分器
秘诀
在我们的实现中,PC不会向FPGA发送任何位置或速度信息。 相反,它会发送加速度和时间信息。 FPGA 使用积分器将它们转换为速度和位置(并相应地驱动阶跃/二极管信号)。
本文引用地址://www.cazqn.com/article/202401/454913.htm因此,我们的运动控制器充当加速度积分器。 这很容易实现,因为在FPGA中,积分器只是一个累加器。 以下“C”代码说明了FPGA在每个时钟周期的性能:
// Acceleration is known (provided by the PC) Speed += Acceleration; Position += Speed;
加速积分器示例
让我们举个例子来说明:我们想将轴移动 +50。
我们可以做到以下几点:
加速 +1 持续 5 个时钟周期。
加速 0 5 个时钟周期。
加速 -1 5 个时钟周期。
经过 15 个时钟周期后,我们的积分器已达到位置 +50。
周期 | 加速度 | 速度 | 位置 |
---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 |
1 | +1 | +1 | +1 |
2 | +1 | +2 | +3 |
3 | +1 | +3 | +6 |
4 | +1 | +4 | +10 |
5 | +1 | +5 | +15 |
6 | 0 | +5 | +20 |
7 | 0 | +5 | +25 |
8 | 0 | +5 | +30 |
9 | 0 | +5 | +35 |
10 | 0 | +5 | +40 |
11 | -1 | +4 | +44 |
12 | -1 | +3 | +47 |
13 | -1 | +2 | +49 |
14 | -1 | +1 | +50 |
15 | -1 | 0 | +50 |
很简单,对吧?
定点精度算术
现在出现了一个问题:FPGA时钟的运行速度比步进器接受的步进要快得多。 因此,计算必须对小数进行。 例如,我们可以确定上面的位置 50 实际上代表硬件中的 0.000050mm。
经过慎重考虑,我们决定使用 64 位定点精度算术。
更多细节:
加速使用 16 位。
速度使用 40 位。
Position 使用 64 位。步进器位置位于 20 个有效位(位 44 到 63)中。每当步进位(位 44)发生变化时,就会向步进电机发送一个步进脉冲。
当然,对于 3 轴系统,我们每个都有 3 个(3 个位置、3 个速度和 3 个加速度寄存器)。 PC 提供 3 个加速度数字组(每个加速度数字 16 位)加上持续时间,FPGA 使用积分器自动计算速度和位置。
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