[发明专利]基于FPGA的数字化关节片上控制系统

权利要求书

1.基于FPGA的数字化关节片上控制系统，其特征在于它包括NIOS II软核处理器(1)、 Avalon总线模块(2)、CAN总线软核控制器(3)、关节电机驱动电路(4)、关节电机电流矢量 控制电路(5)和关节传感器信息采集SPI接口电路(6)，CAN总线软核控制器(3)包括第一CAN 总线软核控制器(3-1)，关节电机驱动电路(4)包括正弦波SPWM生成电路(4-1)，关节电机电 流矢量控制电路(5)包括码盘接口电路(5-1)、电机位置坐标变换电路(5-2)、电机相电流采集 接口电路(5-3)和电机电流环调节电路(5-4)；

NIOS II软核处理器(1)的通讯端通过Avalon总线模块(2)分别连接到第一CAN总线软 核控制器(3-1)的通讯端、关节电机驱动电路(4)的通讯端、关节电机电流矢量控制电路(5)的 通讯端和关节传感器信息采集SPI接口电路(6)的通讯端，码盘接口电路(5-1)的信号输出端 连接电机位置坐标变换电路(5-2)的信号输入端；

NIOS II软核处理器(1)，用于上位机(U)发出的关节动作命令的解算，实现与上位机(U) 的CAN总线通讯协议，还用于执行解算的命令，调整控制参数，实现关节空间的轨迹规划、 关节空间控制参数的管理以及关节空间的位置、力矩和阻抗控制；

CAN总线软核控制器(3)，用于将关节空间信息通过CAN总线接口电路(14)传送给上 位机(U)，还用于将上位机(U)的控制命令和数据信息通过Avalon总线模块(2)发送给NIOS II 软核处理器(1)；

关节电机驱动电路(4)，用于输出驱动关节电机工作的正弦波信号或方波信号；

码盘接口电路(5-1)，用于传输被测量的电机位置信息和转速信息；

电机位置坐标变换电路(5-2)，用于对测量获得的电机位置信息进行坐标变换；

电机相电流采集接口电路(5-3)，用于传输被采集的电机相电流；

关节传感器信息采集SPI接口电路(6)，用于传输包括位置和力矩的关节空间信息。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的数字化关节片上控制系统，其特征在于CAN 总线软核控制器(3)还包括第二CAN总线软核控制器(3-2)，所述第二CAN总线软核控制器 (3-2)的通讯端通过Avalon总线模块(2)连接到NIOS II软核处理器(1)的通讯端。

3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA的数字化关节片上控制系统，其特征在于它 还包括看门狗接口电路(7)，所述看门狗接口电路(7)的通讯端通过Avalon总线模块(2)连接 NIOS II软核处理器(1)的通讯端，所述看门狗接口电路(7)用于传输喂狗信号或狗咬信号。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的数字化关节片上控制系统，其特征在于关节电 机驱动电路(4)还包括霍尔接口电路(4-2)、方波RPWM生成电路(4-3)和多路选择开关电路 (4-4)，正弦波SPWM生成电路(4-1)的信号输出端连接多路选择开关电路(4-4)的一个信号输 入端，霍尔接口电路(4-2)的信号输出端连接方波RPWM生成电路(4-3)的信号输入端，所述 方波RPWM生成电路(4-3)的信号输出端连接多路选择开关电路(4-4)的另一个信号输入端。