● 摘要
机器人技术是一门集多种学科于一体的新兴综合性交叉学科，具有广泛的研究领域。而在机器人系统中，运动控制器居于核心的地位，一直成为研究的热点。论文的目的在于跟踪国际前沿的控制器设计技术。本文在分析了常用运动控制器特点的基础上，结合对运动控制系统性能指标要求，提出了以 DSP+FPGA 为核心的运动控制器系统设计方案。该系统选用32位DSP芯片作为运动控制器的核心处理器，具有灵活的编程功能，能实时方便地实现复杂的速度控制算法，完备的中断接口功能，提高了控制性能。选用现场可编程门阵列（FPGA）来实现大量的逻辑控制功能和外围接口电路，提高了运动控制器的可靠性和稳定性。同时，FPGA 具有现场可重构的特性，保证了运动控制器具有良好的开放性。系统在功能模块设计上，以PMD公司设计的专用集成控制芯片MC2340为参照，学习和吸收了该芯片的主要优点，同时在设计过程中进行了改进：增加了电流反馈接口模块，实现电流环的闭环控制；增加了中断接口，可及时处理系统中的过压、过流等异常状态；在FPGA内部设计了8级硬件FIFO（First In First Out）电路，缓存接收到的DSP的控制命令、运动参数等，与FPGA内部同步控制指令共同作用提高了多轴运动的同步性。论文在系统仿真的基础上完成了多轴运动控制器的软、硬件设计，以及驱动放大电路的设计，完成了控制器的调试，初步测试表明达到了预期指标。