驱控一体数控系统及FPGA的配置方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911368008.2 (22)申请日 2019.12.26 (71)申请人 深圳市宝捷信科技有限公司 地址 518102 广东省深圳市宝安区西乡街 道铁岗桃花源科技创新园蚝业分园B 幢二层 (72)发明人 李运秀 (74)专利代理机构 北京索睿邦知识产权代理有 限公司 11679 代理人 李根 (51)Int.Cl. G05B 19/042(2006.01) (54)发明名称 驱控一体数控系统及FPGA的配置方法 (57)摘要 本发明提供了驱控一体数控系统， 数控系统 具。

2、有多个驱动轴且能够通过数控驱动程序驱动 驱动轴。 数控驱动程序中具有能够驱动多个驱动 轴的指令行， 其能够通过单一芯片SOC实现。 单一 芯片SOC具有一个第一处理器、 一个第二处理器 及一个FPGA单元， 第一处理器及第二处理器与 FPGA单元通过AXI总线访问。 本发明还提供了驱 控一体FPGA的配置方法。 本发明的控制器高度集 成了驱控一体的系统， 简化了系统的接线与安 装， 更加容易并有效地实现多轴的同步化， 让数 控系统与驱动器的数据交互更简单、 更快以及更 可靠。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 111308927 A 2020.06.19 CN 111308927 A。

3、 1.驱控一体数控系统， 所述数控系统具有多个驱动电机， 其所述多个驱动电机具有多 个输出轴； 所述多个输出轴能够通过数控驱动程序驱动所述驱动轴； 所述数控驱动程序中 具有能够驱动所述多个驱动轴的指令行； 其特征在于， 其能够通过单一芯片SOC实现； 所述 单一芯片SOC具有一个第一处理器、 一个第二处理器及一个FPGA单元： 所述第一处理器及所 述第二处理器与所述FPGA单元通过AXI总线访问； 所述数控系统包括： 多个位置传感器， 其能够分别采集所述多个驱动轴所连接的转子位置信息； 多个速度传感器， 其能够分别采集所述多个驱动轴所连接的转子速度信息； 多个电流采集器， 其能够分别采集驱动所。

4、述多个驱动轴转动的输出电流； 多个温度传感器， 其能够分别采集所述多个驱动电机的IPM智能功率模块的温度信息； 其中， 所述第一处理器配置为， 接收或存储所述数控驱动程序； 所述第一处理器配置为 根据所述数控驱动程序中多个驱动轴的指令行获取与多个驱动轴所对应的驱动信息； 所述 驱动信息中包括多个驱动轴的标识信息、 设定转动位置信息、 设定转角信息、 设定温度信息 及设定速度信息； 所述第二处理器与所述第一处理器能够数据共享； 所述第二处理器配置为， 与多个驱 动轴分别对应的速度环控制单元及位置环控制单元； 所述速度环控制单元能够接收所述速 度传感器的转子速度信息； 所述速度环控制单元能够根据所。

5、述转子速度信息比较设定速度 信息输出多个驱动轴的速度反馈信息； 所述位置环控制单元能够接收所述位置传感器的转子位置信息； 所述位置环控制单元 能够根据所述转子位置信息比较设定转动位置信息输出多个驱动轴的位置反馈信息； 所述第一处理器及所述第二处理器通过所述AXI总线访问所述FPGA单元； 所述FPGA单 元访问获取所述设定转角信息； 所述FPGA单元配置为， 根据所述设定转角信息获取设定输 出电流； 所述FPGA单元配置为， 能够接收所述多个驱动轴转动的输出电流； 所述FPGA单元能 够根据所述多个驱动轴转动的输出电流比较设定输出电流输出多个驱动轴的电流反馈信 息； 所述FPGA单元配置为， 。

6、根据设定温度信息比较所述多个温度传感器的采集温度输出多 个电机的温度反馈信息。 2.如权利要求1所述的驱控一体数控系统， 其中， 所述第一处理器与所述第二处理器之 间通过共享RAM传输数据。 3.如权利要求1所述的驱控一体数控系统， 其中， 所述芯片SOC为Xilinx的ZYNQ SOC芯 片； 所述第一处理器及所述第二处理器分别为ZYNQ SOC芯片中的2个Cortex A9内核处理 器。 4.如权利要求1所述的驱控一体数控系统， 其中， 所述第一处理器还配置为， 当所述第 一处理器获取所述驱动信息后， 驱动所述第二处理器运行。 5.如权利要求1所述的驱控一体数控系统， 其中， 所述第一处理。

7、器还配置为， 根据所述 数控驱动程序中多个驱动轴的指令行通过轨迹分析获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 6.驱控一体FPGA的配置方法， 所述数控系统具有多个驱动电机， 其所述多个驱动电机 具有多个输出轴； 所述多个输出轴能够通过数控驱动程序驱动所述驱动轴； 所述数控驱动 程序中具有能够驱动所述多个驱动轴的指令行； 其特征在于， 驱控一体数控系统为单一芯 片SOC实现； 所述单一芯片SOC具有一个第一处理器、 第一第二处理器及一个FPGA单元： 所述 权利要求书 1/2 页 2 CN 111308927 A 2 第一处理器及所述第二处理器与所述FPGA单元通过AXI总线访问； 所述数控系统包括。

8、： 多个位置传感器， 其能够分别采集所述多个驱动轴所连接的转子位置信息； 多个速度传感器， 其能够分别采集所述多个驱动轴所连接的转子速度信息； 多个电流采集器， 其能够分别采集驱动所述多个驱动轴转动的输出电流； 多个温度传感器， 其能够分别采集所述多个驱动电机的IPM智能功率模块的温度信息； 其中， 所述第一处理器配置为， 接收或存储所述数控驱动程序； 所述第一处理器配置为 根据所述数控驱动程序中多个驱动轴的指令行获取与多个驱动轴所对应的驱动信息； 所述 驱动信息中包括多个驱动轴的标识信息、 设定转动位置信息、 设定转角信息、 设定温度信息 及设定速度信息； 所述第二处理器与所述第一处理器能够。

9、数据共享； 所述第二处理器配置为， 与多个驱 动轴分别对应的速度环控制单元及位置环控制单元； 所述速度环控制单元能够接收所述速 度传感器的转子速度信息； 所述速度环控制单元能够根据所述转子速度信息比较设定速度 信息输出多个驱动轴的速度反馈信息； 所述位置环控制单元能够接收所述位置传感器的转子位置信息； 所述位置环控制单元 能够根据所述转子位置信息比较设定转动位置信息输出多个驱动轴的位置反馈信息； 所述第一处理器及所述第二处理器通过所述AXI总线访问所述FPGA单元； 所述FPGA单 元访问获取所述设定转角信息； 所述FPGA单元配置为， 根据所述设定转角信息获取设定输 出电流； 所述FPGA单。

10、元配置为， 能够接收所述多个驱动轴转动的输出电流； 所述FPGA单元能 够根据所述多个驱动轴转动的输出电流比较设定输出电流输出多个驱动轴的电流反馈信 息； 所述FPGA单元配置为， 根据设定温度信息比较所述多个温度传感器的采集温度输出多 个电机的温度反馈信息。 7.驱控一体FPGA的配置方法， 其中， 所述第一处理器与所述第二处理器之间通过共享 RAM传输数据。 8.驱控一体FPGA的配置方法， 其中， 所述芯片SOC为Xilinx的ZYNQ SOC芯片； 所述第一 处理器及所述第二处理器分别为ZYNQ SOC芯片中的2个Cortex A9内核处理器。 9.驱控一体FPGA的配置方法， 其中，。

11、 所述第一处理器还配置为， 当所述第一处理器获取 所述驱动信息后， 驱动所述第二处理器运行。 10.驱控一体FPGA的配置方法， 其中， 所述第一处理器还配置为， 根据所述数控驱动程 序中多个驱动轴的指令行通过轨迹分析获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111308927 A 3 驱控一体数控系统及FPGA的配置方法 技术领域 0001 本发明涉及数控加工技术、 机器人的领域。 本发明具体涉及驱控一体数控系统及 FPGA的配置方法。 背景技术 0002 当前的数控加工设备或机器人一般都是由控制部分(数控系统)和执行部分(驱动 器)组成， 且彼此相对独立。 传统。

12、的数控加工设备或机器人架构一般是数控系统加多个单轴 伺服驱动器组成， 并且它们单独供电工作。 在传统的伺服电机控制技术中， 有一种是MCU加 FPGA的架构。 FPGA实现相对简单的电流环， 因为FPGA逻辑实现复杂算法、 增加或更改算法有 很大的难度与复杂度， 不易实现， 需要不断优化与调整。 同时该种技术各自部分的相对独 立， 导致整个系统接线复杂， 供电系统复杂， 占用空间大， 安装不便利。 发明内容 0003 本发明的目的是提供驱控一体数控系统， 该控制器高度集成了驱控一体的系统， 简化接线， 便于实现多轴驱动器同步性， 提高了系统的可靠性。 0004 本发明的另一目的是提供驱控一体F。

13、PGA的配置方法。 0005 本发明提供驱控一体数控系统， 数控系统具有多个驱动电机， 多个驱动电机具有 多个输出轴。 多个输出轴能够通过数控驱动程序驱动驱动轴。 数控驱动程序中具有能够驱 动多个驱动轴的指令行， 其能够通过单一芯片SOC实现。 单一芯片SOC具有一个第一处理器、 一个第二处理器及一个FPGA单元， 第一处理器及第二处理器与FPGA单元通过AXI总线访问。 0006 数控系统包括多个位置传感器、 多个速度传感器、 多个电流采集器及多个温度传 感器。 多个位置传感器能够分别采集多个驱动轴所连接的转子位置信息。 多个速度传感器 能够分别采集多个驱动轴所连接的转子速度信息。 多个电流。

14、采集器能够分别采集驱动多个 驱动轴转动的输出电流。 多个温度传感器能够分别采集多个驱动电机的IPM智能功率模块 的温度信息。 0007 其中， 第一处理器配置为， 接收或存储数控驱动程序。 第一处理器配置为根据数控 驱动程序中多个驱动轴的指令行获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 驱动信息中包括多 个驱动轴的标识信息、 设定转动位置信息、 设定转角信息、 设定温度信息及设定速度信息。 0008 第二处理器与第一处理器能够数据共享。 第二处理器配置为， 与多个驱动轴分别 对应的速度环控制单元及位置环控制单元。 速度环控制单元能够接收速度传感器的转子速 度信息。 速度环控制单元能够根据转子速度信息比。

15、较设定速度信息输出多个驱动轴的速度 反馈信息。 0009 位置环控制单元能够接收位置传感器的转子位置信息。 位置环控制单元能够根据 转子位置信息比较设定转动位置信息输出多个驱动轴的位置反馈信息。 0010 第一处理器及第二处理器通过AXI总线访问FPGA单元。 FPGA单元访问获取设定转 角信息。 FPGA单元配置为， 根据设定转角信息获取设定输出电流。 FPGA单元配置为， 能够接 说明书 1/5 页 4 CN 111308927 A 4 收多个驱动轴转动的输出电流。 FPGA单元能够根据多个驱动轴转动的输出电流比较设定输 出电流输出多个驱动轴的电流反馈信息。 FPGA单元配置为， 根据设定。

16、温度信息比较多个温 度传感器的采集温度输出多个电机的温度反馈信息。 0011 在电流环数控系统的另一种示意性实施方式中， 第一处理器与第二处理器之间通 过共享RAM传输数据。 0012 在电流环数控系统的另一种示意性实施方式中， 芯片SOC为Xilinx的ZYNQSOC芯 片。 第一处理器及第二处理器分别为ZYNQSOC芯片中的2个CortexA9内核处理器。 0013 在电流环数控系统的另一种示意性实施方式中， 第一处理器还配置为， 当第一处 理器获取驱动信息后， 驱动第二处理器运行。 0014 在电流环数控系统的另一种示意性实施方式中， 第一处理器还配置为， 根据数控 驱动程序中多个驱动轴。

17、的指令行通过轨迹分析获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 0015 本发明还提供了驱控一体FPGA的配置方法。 数控系统具有多个驱动电机， 多个驱 动电机具有多个输出轴。 多个输出轴能够通过数控驱动程序驱动驱动轴。 数控驱动程序中 具有能够驱动多个驱动轴的指令行。 驱控一体数控系统为单一芯片SOC实现。 单一芯片SOC 具有一个第一处理器、 第一第二处理器及一个FPGA单元， 第一处理器及第二处理器与FPGA 单元通过AXI总线访问。 0016 数控系统包括多个位置传感器、 多个速度传感器、 多个电流采集器及多个温度传 感器。 多个位置传感器能够分别采集多个驱动轴所连接的转子位置信息。 多个速度。

18、传感器 能够分别采集多个驱动轴所连接的转子速度信息。 多个电流采集器能够分别采集驱动多个 驱动轴转动的输出电流。 多个温度传感器能够分别采集多个驱动电机的IPM智能功率模块 的温度信息。 0017 其中， 第一处理器配置为， 接收或存储数控驱动程序。 第一处理器配置为根据数控 驱动程序中多个驱动轴的指令行获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 驱动信息中包括多 个驱动轴的标识信息、 设定转动位置信息、 设定转角信息、 设定温度信息及设定速度信息。 0018 第二处理器与第一处理器能够数据共享。 第二处理器配置为， 与多个驱动轴分别 对应的速度环控制单元及位置环控制单元。 速度环控制单元能够接收速度。

19、传感器的转子速 度信息。 速度环控制单元能够根据转子速度信息比较设定速度信息输出多个驱动轴的速度 反馈信息。 0019 位置环控制单元能够接收位置传感器的转子位置信息。 位置环控制单元能够根据 转子位置信息比较设定转动位置信息输出多个驱动轴的位置反馈信息。 0020 第一处理器及第二处理器通过AXI总线访问FPGA单元。 FPGA单元访问获取设定转 角信息。 FPGA单元配置为， 根据设定转角信息获取设定输出电流。 FPGA单元配置为， 能够接 收多个驱动轴转动的输出电流。 FPGA单元能够根据多个驱动轴转动的输出电流比较设定输 出电流输出多个驱动轴的电流反馈信息。 FPGA单元配置为， 根据。

20、设定温度信息比较多个温 度传感器的采集温度输出多个电机的温度反馈信息。 0021 在配置方法的另一种示意性实施方式中， 第一处理器与第二处理器之间通过共享 RAM传输数据。 0022 在配置方法的另一种示意性实施方式中， 芯片SOC为Xilinx的ZYNQSOC芯片。 第一 处理器及第二处理器分别为ZYNQSOC芯片中的2个CortexA9内核处理器。 说明书 2/5 页 5 CN 111308927 A 5 0023 在配置方法的另一种示意性实施方式中， 第一处理器还配置为， 当第一处理器获 取驱动信息后， 驱动第二处理器运行。 0024 在配置方法的另一种示意性实施方式中， 第一处理器还配。

21、置为， 根据数控驱动程 序中多个驱动轴的指令行通过轨迹分析获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 0025 下文将以明确易懂的方式， 结合附图对驱控一体数控系统及FPGA的配置方法的特 性、 技术特征、 优点及其实现方式予以进一步说明。 附图说明 0026 图1是用于说明驱控一体数控系统的结构示意图。 0027 图2是用于说明配置流程的框架示意图。 0028 标号说明 0029 101 第一处理器 0030 102 第二处理器 0031 103 FPGA单元 0032 200 AXI总线 具体实施方式 0033 为了对发明的技术特征、 目的和效果有更加清楚的理解， 现对照附图说明本发明 的具体实施。

22、方式， 在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。 0034 在本文中，“示意性” 表示 “充当实例、 例子或说明” ， 不应将在本文中被描述为 “示 意性” 的任何图示、 实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。 为使图面简洁， 各图中只示意性地表示出了与本示例性实施例相关的部分， 它们并不代表其作为产品的实 际结构及真实比例。 0035 本发明提供驱控一体数控系统。 图1是用于说明驱控一体数控系统的结构示意图。 参照图1， 数控系统具有多个驱动电机， 多个驱动电机具有多个输出轴。 多个输出轴能够通 过数控驱动程序驱动驱动轴。 数控驱动程序中具有能够驱动多个驱动轴的指。

23、令行， 其能够 通过单一芯片SOC实现。 单一芯片SOC具有一个第一处理器101、 一个第二处理器102及一个 FPGA单元103， 第一处理器101及第二处理器102与FPGA单元103通过AXI总线200访问。 0036 数控系统包括多个位置传感器、 多个速度传感器、 多个电流采集器及多个温度传 感器。 多个位置传感器能够分别采集多个驱动轴所连接的转子位置信息。 多个速度传感器 能够分别采集多个驱动轴所连接的转子速度信息。 多个电流采集器能够分别采集驱动多个 驱动轴转动的输出电流。 多个温度传感器能够分别采集多个驱动电机的IPM智能功率模块 的温度信息。 0037 图2是用于说明配置流程的。

24、框架示意图。 参照图2， 第一处理器101配置为， 接收或 存储数控驱动程序。 第一处理器101配置为根据数控驱动程序中多个驱动轴的指令行获取 与多个驱动轴所对应的驱动信息。 驱动信息中包括多个驱动轴的标识信息、 设定转动位置 信息、 设定转角信息、 设定温度信息及设定速度信息。 0038 第二处理器102与第一处理器101能够数据共享。 第二处理器102配置为， 与多个驱 动轴分别对应的速度环控制单元及位置环控制单元。 速度环控制单元能够接收速度传感器 说明书 3/5 页 6 CN 111308927 A 6 的转子速度信息。 速度环控制单元能够根据转子速度信息比较设定速度信息输出多个驱动 。

25、轴的速度反馈信息。 0039 位置环控制单元能够接收位置传感器的转子位置信息。 位置环控制单元能够根据 转子位置信息比较设定转动位置信息输出多个驱动轴的位置反馈信息。 0040 第一处理器101及第二处理器102通过AXI总线200访问FPGA单元103。 FPGA单元103 访问获取设定转角信息。 FPGA单元103配置为， 根据设定转角信息获取设定输出电流。 FPGA 单元103配置为， 能够接收多个驱动轴转动的输出电流。 FPGA单元103能够根据多个驱动轴 转动的输出电流比较设定输出电流输出多个驱动轴的电流反馈信息。 FPGA单元103配置为， 根据设定温度信息比较多个温度传感器的采集。

26、温度输出多个电机的温度反馈信息。 0041 本发明的数控系统高度集成了驱控一体的系统， 简化了系统的接线与安装， 更加 容易并有效地实现多轴的同步化， 让数控系统与驱动器的数据交互更简单、 更快以及更可 靠。 0042 在数控系统的示意性实施方式中， 第一处理器101与第二处理器102之间通过共享 RAM传输数据。 0043 在数控系统的示意性实施方式中， 芯片SOC为Xilinx的ZYNQSOC芯片。 第一处理器 101及第二处理器102分别为ZYNQSOC芯片中的2个CortexA9内核处理器。 0044 在数控系统的示意性实施方式中， 第一处理器101还配置为， 当第一处理器101获 取。

27、驱动信息后， 驱动第二处理器102运行。 0045 在数控系统的示意性实施方式中， 第一处理器101还配置为， 根据数控驱动程序中 多个驱动轴的指令行通过轨迹分析获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 0046 本发明还提供了驱控一体FPGA的配置方法。 如图1所示， 数控系统具有多个驱动电 机， 多个驱动电机具有多个输出轴。 多个输出轴能够通过数控驱动程序驱动驱动轴。 数控驱 动程序中具有能够驱动多个驱动轴的指令行。 驱控一体数控系统为单一芯片SOC实现。 单一 芯片SOC具有一个第一处理器101、 一个第二处理器102及一个FPGA单元103， 第一处理器101 及第二处理器102与FPGA单。

28、元103通过AXI总线200访问。 0047 数控系统包括多个位置传感器、 多个速度传感器、 多个电流采集器及多个温度传 感器。 多个位置传感器能够分别采集多个驱动轴所连接的转子位置信息。 多个速度传感器 能够分别采集多个驱动轴所连接的转子速度信息。 多个电流采集器能够分别采集驱动多个 驱动轴转动的输出电流。 多个温度传感器能够分别采集多个驱动电机的IPM智能功率模块 的温度信息。 0048 如图2所示， 第一处理器101配置为， 接收或存储数控驱动程序。 第一处理器101配 置为根据数控驱动程序中多个驱动轴的指令行获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 驱动 信息中包括多个驱动轴的标识信息、 设。

29、定转动位置信息、 设定转角信息、 设定温度信息及设 定速度信息。 0049 第二处理器102与第一处理器101能够数据共享。 第二处理器102配置为， 与多个驱 动轴分别对应的速度环控制单元及位置环控制单元。 速度环控制单元能够接收速度传感器 的转子速度信息。 速度环控制单元能够根据转子速度信息比较设定速度信息输出多个驱动 轴的速度反馈信息。 0050 位置环控制单元能够接收位置传感器的转子位置信息。 位置环控制单元能够根据 说明书 4/5 页 7 CN 111308927 A 7 转子位置信息比较设定转动位置信息输出多个驱动轴的位置反馈信息。 0051 第一处理器101及第二处理器102通过。

30、AXI总线200访问FPGA单元103。 FPGA单元103 访问获取设定转角信息。 FPGA单元103配置为， 根据设定转角信息获取设定输出电流。 FPGA 单元103配置为， 能够接收多个驱动轴转动的输出电流。 FPGA单元103能够根据多个驱动轴 转动的输出电流比较设定输出电流输出多个驱动轴的电流反馈信息。 FPGA单元103配置为， 根据设定温度信息比较多个温度传感器的采集温度输出多个电机的温度反馈信息。 0052 在配置方法的示意性实施方式中， 第一处理器101与第二处理器102之间通过共享 RAM传输数据。 0053 在配置方法的示意性实施方式中， 芯片SOC为Xilinx的ZYN。

31、QSOC芯片。 第一处理器 101及第二处理器102分别为ZYNQSOC芯片中的2个CortexA9内核处理器。 0054 在配置方法的示意性实施方式中， 第一处理器101还配置为， 当第一处理器101获 取驱动信息后， 驱动第二处理器102运行。 0055 在配置方法的示意性实施方式中， 第一处理器101还配置为， 根据数控驱动程序中 多个驱动轴的指令行通过轨迹分析获取与多个驱动轴所对应的驱动信息。 0056 应当理解， 虽然本说明书是按照各个实施方式中描述的， 但并非每个实施方式仅 包含一个独立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应 当将说明书作为一个整体， 各实施例中的技术方案也可以经适当组合， 形成本领域技术人 员可以理解的其他实施方式。 0057 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明， 它们并非用以限制本发明的保护范围， 凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 111308927 A 8 图1 图2 说明书附图 1/1 页 9 CN 111308927 A 9 。