题目：基于FPGA的四轴运动控制平台的设计与研究

运动控制技术是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。近年来,随着运动控制技术的不断进步和完善,运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已经被越来越多的产业领域接受,并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。国内控制技术远远落后于国外，没有成熟的运动控制系统，特别是高精度运动控制，很多控制场合仍然采用国外的控制平台，系统成本高、更新周期慢，一些新的控制理念不能及时运用，即使控制系统有方案性的问题，也受限于昂贵的硬件平台，无法改进。针对这种控制现状，从实验室机器人控制需要出发，利用FPGA实现日本NOVA公司的MCX314的功能，构成四轴运动控制器，利用FPGA替代IM2000S，作为细分控制器，开发了基于FPGA的四轴步进电机的运动控制平台。四轴运动控制器结合MCX314的控制策略以及FPGA的硬件特点，改进国内外的现有插补算法，计算量小，实时性强，软硬件更新周期短，灵活性好，同时硬件插补联动避免了软件插补带来的多轴不同步性，提高了联动轨迹精度；细分控制器精简了IM2000S的功能，大大降低了驱动器的成本。论文从总体方案选择、系统控制策略、硬件平台设计和软件系统设计四个方面详细论述了步进电机四轴运动控制平台的关键技术和特点，对比和分析了当前主流的运动控制平台系统解决方案，详细讨论了基于FPGA控制器的内部结构，特别对多轴插补技术的算法设计及硬件实现进行了深入的探讨并提出了改进。与此同时，对步进电机细分驱动器也做了较为深入的研究。硬件方面详细介绍了硬件架构、功能分配等，提出了功能上多级处理器流水线工作的硬件架构。软件部分详细讨论了运动控制器内部编程和前端步进电机细分控制的一些技术难点和解决方法，并对程序进行了以软件仿真验证和实际测试相结合加于检验。最后对论文进行了总结，并探讨了进一步提高系统精度和性能的途径。