[发明专利]一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置及其控制方法

权利要求书

1.一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，其特征在于，

所述基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置，包括视觉采集模块、接口模块、视觉并行分割模块、视觉定位处理模块、多处理器协同模块、控制算法及控制指令生成模块、外部应用算法模块、驱动信号生成模块和驱动电路板；

所述ZYNQ芯片包含处理系统PS和可编程逻辑PL两部分，其中PS包含ARM核PS0、PS1和内存DDR，PL包含FPGA和DSP，PS和PL通过片内高速AXI总线相连，所述DSP带浮点运算库；

所述接口模块、视觉并行分割模块、和驱动信号生成模块由所述FPGA实现，视觉定位处理模块由所述DSP实现，多处理器协同处理模块、控制算法及控制指令生成模块由PS0实现，外部应用算法模块由PS1实现，所述接口模块连接视觉采集模块和驱动电路板，所述驱动信号生成模块连接驱动电路板；

所述视觉并行分割模块用于视觉信号的预处理；视觉定位处理模块具有通过浮点运算，定位检测出被测对象相对目标的精确相对位置的功能；所述控制算法及控制指令生成模块具有根据反馈的电流、速度、位移信号和被测对象的精确相对位置，生成各电机的四环控制指令的功能；

所述控制方法包含：

所述视觉采集模块采集高速视觉信息，传输到所述接口模块；所述视觉并行分割模块将采集的视觉信号进行预处理，即将采集的帧数据根据需求按帧进行并行边沿类和并行分割类分割处理，去除与目标无关的冗余信息；所述视觉定位处理模块通过浮点运算定位检测出被测对象相对目标的精确相对位置，即对预处理后的视觉信号进行特征提取，检测被测对象在当前帧中的位置，经数据融合，定位检测出被测对象相对目标的精确相对位置；

所述控制算法及控制指令生成模块根据反馈的电流、速度、位移信号和被测对象的精确相对位置，生成各电机的四环控制指令，即一级控制指令；所述外部应用算法模块接收控制总线、按键和人机交互平台提供的其它控制信号或其它摄像头提供的视觉信息，结合运动控制算法，生成二级控制指令；所述控制算法及控制指令生成模块结合一级控制指令和二级控制指令生成最终的控制指令；

所述驱动信号生成模块接收控制算法及控制指令生成模块的各个电机的最终控制指令，并行生成各个电机对应的PWM驱动信号，通过驱动电路板，并行控制各个不同类型的多个电机，并将各个电机的电流、速度、位移信号并行反馈至所述接口模块；

所述多处理器协同模块则控制数据在所述FPGA和DSP的处理，控制通过AXI片内高速总线在DDR、PS0、PS1的数据存取。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，其特征在于，所述ZYNQ芯片为Xilinx ZYNQ 7030芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，其特征在于，所述视觉采集模块包括2100万像素的工业摄像头，和USB3.0或PCIE接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，其特征在于，所述FPGA和DSP通过所述DDR存取，ZYNQ通过片内AXI高速总线在所述DDR和PS0、PS1存取。

5.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，其特征在于，驱动电路板上的电流传感器采集电流信号，电机上的电机编码器采集电机转速和转角，从而生成所述的电流、速度、位移反馈信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，其特征在于，所述PWM驱动信号包括步进电机驱动信号、无刷直流电机驱动信号、永磁同步电机驱动信号和其它电机驱动信号，且所述PWM驱动信号为多对互补信号或单个PWM驱动信号，PWM的频率和占空比均能独立、同时调节，以便同时驱动多种不同类型的电机。