[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

说明书

本发明涉及自动控制技术领域。本发明为一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置及其控制方法，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；ZYNQ芯片包含PS0、PS1、DDR、FPGA和DSP；通过摄像头采集视觉信息，经视觉并行分割模块和视觉定位处理模块确定目标的相对位置，根据目标的相对位置信号和反馈的电流、速度、位移信号生成四环控制指令，以及接收外部控制信号生成最终控制指令，再生成驱动信号，通过驱动电路板控制多个电机并反馈，以提高多轴多电机伺服装置的精确度和性能，减小体积和便于通信。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种伺服驱动技术。

背景技术

目前伺服系统作为现代工业生产设备的重要动力源之一，是工业自动化及机器人不可缺少的基础技术。作为工业控制装置的重要部件，伺服装置一直以来备受关注。随着产品对成本、体积要求越来越高，能支持多轴不同类型电机的伺服驱动装置备受青睐。

为了保证伺服系统的控制精度，对电机的位置传感器提出了更高的要求，而常规的伺服驱动器由功率驱动模块、位置传感器、控制模块构成，处理器根据传感器采集到的角度信息，实现位置、速度、力矩三环控制，位置信息的采集单一且精度有限，即使加入了视觉测量技术使对位置的控制精度更高，但使用FPGA处理视觉信息，同时由FPGA生成PWM驱动信号，处理能力有限却占用了大量资源，不便于控制算法及驱动接口的实现，影响驱动器的性能。而且伺服驱动器中一般采用单独的DSP、ARM和FPGA等多处理器方案，不但体积过大，而且通信复杂，芯片级互联的带宽容易成为瓶颈，开发难度大，系统模块的集成和扩展有一定的局限性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置及其控制方法，提高多轴多电机伺服装置的精确度和性能，减小体积，便于通信。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种基于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。

优选地，所述ZYNQ芯片为Xilinx ZYNQ 7030芯片。

优选地，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。

优选地，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。

一种基于ZYNQ的多轴多电机伺服装置的控制方法，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；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；