[发明专利]一种离散采样的S曲线加减速控制方法及装置

权利要求书

1.一种离散采样的S曲线加减速控制方法及装置，其特征在于：通过人机交互界面将运动参数写入该基于现场可编程门阵列的加减速控制装置；该装置完成加减速运算配置脉冲频率后，产生相应脉冲用以驱动电机；当输出脉冲数等于预设脉冲数时，控制器停止输出，电机完成走位；同时装置还接收编码器的反馈信号，以反映当前电机的速度和实际的位移；本装置利用可调分频器来产生预设频率的脉冲，在已知的高频系统时钟下，根据给定的离散算法来修改脉冲的频率值，从而产生一连串预期频率的脉冲，这些脉冲即可通过差分芯片直接控制伺服电机驱动器。

2.如权利要求1中所述的运动控制装置是基于现场可编程门阵列为核心控制器，根据运动规划所需实现的功能，采用硬件描述语言将现场可编程门阵列片内逻辑设计分为四个子功能模块：采样周期模块、速度控制模块、计数比较模块、脉冲发生模块。

3.如权利要求1中所述的预期频率脉冲，是通过对电机位置的实时反馈和加速度、速度的实时比较，实现对S曲线各变速点的判断以改变加加速的状态，从而通过加速度累加器和速度累加器实现对输出脉冲的S曲线控制。

4.如权利要求1中所述的离散算法的基于离散采样，系统设置采样周期T_s、最高驱动速度V_s和初始速度V₀；限定加加速段、减加速段、加减速段和减减速段所用的时间相等，设为t_c，则有t_c＝N_c·T_s(N_c表示t_c时间内的采样周期数)；匀速段所用时间为t_u，匀加速段和匀减速段所用的时间相等且设为t_d，则有t_d＝N_d·T_s(N_d表示t_d时间内的采样周期数)；最大加速度和加速度导数分别为A_max和j_a，则由线性变化的加速度规律可得t_c＝A_max/j_a。

5.如权利要求2中所述的采样周期模块主要由一个分频器和一个计数器组成；对该分频器系统设置一个可更改的分频系数D_T，用于对系统时钟F_clk的分频；计数器可产生两个频率相同(均为采样频率f_T)但不同步的触发脉冲T_A，T_B，分别用于触发j_a乘法器和A_t乘法器的运作，可实现对速度控制模块中的两个累加器进行同频异步控制。

6.如权利要求2中所述的速度控制模块设计了j_a选择器、A_t累加器、f_t累加器以及2个乘法器；系统设置一个可调加速度导数j_a，则j_a选择器将对外部控制信号EN1，EN2进行译码进而选择使用j_a，0及-j_a三个参数进入j_a乘法器，与采样周期值T_s相乘后，j_a乘法器输出加速度增量J进入A_t累加器；A_t累加器输出的是当前加速度值A(t)；A_t乘法器是将当前加速度值A(t)、采样周期T_s和脉冲当量σ的倒数进行相乘，输出脉冲频率增量Δf进入f_t累加器；最后f_t累加器输出预期脉冲的频率值f(t)；速度控制模块本质上是改变预期脉冲的频率值来控制速度。

7.如权利要求2中所述的脉冲发生模块设计有锁相环PLL、除法器、寄存器和分频器；系统时钟F_clk首先进入PLL倍频；在寄存器中设置32位的整型数G(其值为系统时钟F_clk倍频后的频率值)，作为除法器的被除数；由速度控制模块产生的当前预期脉冲频率值f(t)作为除法器的除数，其值用作可调分频器的分频系数；分频器输出实际驱动脉冲的频率f_a(t)；经鉴相、滤波即可发送给伺服驱动器驱动电机。