中科億海微FPGA運(yùn)動控制加速卡：助力工業(yè)智能裝備多軸伺服與多傳感融合同步控制

　　現(xiàn)階段，大部分的工業(yè)運(yùn)動控制平臺和數(shù)控運(yùn)動中的控制中心為PC端控制器，通過PC端控制器控制伺服驅(qū)動器，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)中一個或多個坐標(biāo)上的運(yùn)動以及運(yùn)動之間的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)精確的位置控制、速度和加速度控制、轉(zhuǎn)矩和力的控制等。同時，PC端控制器還需要控制其他傳感器或運(yùn)動單元。這種PC端控制器直接控制上述設(shè)備的方案，存在效率低、難以做到指令發(fā)送或接收的同步處理、延時較大、采集的數(shù)據(jù)無法做到準(zhǔn)確同步等問題。因此需要簡化PC端控制器的數(shù)據(jù)通信量、降低指令延遲、提升控制效率，同時需要獲取同步后的數(shù)據(jù)。

　　中科億海微電子科技(蘇州)有限公司(以下簡稱“中科億海微”)研制的FPGA運(yùn)動控制加速卡由兩塊板卡構(gòu)成：以EQ6HL130為核心的同步采集板、以EQ6HL9為核心的柔性傳感器采集板。主要完成PC端與伺服驅(qū)動器、相機(jī)、壓力及柔性傳感器等模塊之間的數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)監(jiān)測。FPGA運(yùn)動控制加速卡將復(fù)雜的控制卸載到FPGA中實(shí)現(xiàn)，簡化了PC端控制器的控制流程，極大地減小了數(shù)據(jù)鏈路通信時間消耗。同時FPGA將同步后的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC處理，使得數(shù)據(jù)處理流程更合理。

　　圖 FPGA運(yùn)動控制加速卡

　　圖 FPGA運(yùn)動控制加速卡-同步采集板

　　圖 FPGA運(yùn)動控制加速卡-柔性傳感器采集板

　　以EQ6HL130為核心的同步采集板控制伺服驅(qū)動器，產(chǎn)生驅(qū)動控制伺服電機(jī)的指令，同時接收其應(yīng)答指令，將指令解析處理后結(jié)果傳輸給PC端控制器作進(jìn)一步操作;接收柔性傳感器采集器采集的數(shù)據(jù)，解析后傳輸給控制器;接收壓力傳感器的數(shù)據(jù)，解析后傳輸給控制器。此外，同步采集板還負(fù)責(zé)觸發(fā)相機(jī)，通過精確的時間同步控制，確保傳感器數(shù)據(jù)與相機(jī)拍攝的照片在時間上嚴(yán)格對應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的同步采集與匹配。對所有接收數(shù)據(jù)打上時間戳，便于后續(xù)使用。

　　以EQ6HL9為核心的柔性傳感器采集板通過AD采集柔性傳感器的數(shù)據(jù)并組幀傳輸給同步采集板控制;將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力值顯示到顯示屏上。柔性傳感器采集板既可以單獨(dú)使用，也可以集成到板卡上。柔性傳感器采集板通過EQ6HL9芯片為傳感器供電，電壓輸出步進(jìn)為40mV，可調(diào)節(jié)檔位是1~82，對應(yīng)輸出電壓范圍是40mV~3.3V。同時具有127個ADC增益輸入調(diào)節(jié)檔位，實(shí)現(xiàn)小信號放大。

　　經(jīng)測試，PC端控制器方案的系統(tǒng)指令延遲大于50ms�；�于FPGA的運(yùn)動控制加速方案的系統(tǒng)指令延遲小于100us，同時伺服電機(jī)應(yīng)答數(shù)據(jù)、多傳感器數(shù)據(jù)、相機(jī)數(shù)據(jù)能做到完全同步，更具使用意義。