現(xiàn)階段，大部分的工業(yè)運動控制平臺和數(shù)控運動中的控制中心為PC端控制器，通過PC端控制器控制伺服驅(qū)動器，從而實現(xiàn)機械系統(tǒng)中一個或多個坐標上的運動以及運動之間的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)精確的位置控制、速度和加速度控制、轉(zhuǎn)矩和力的控制等。同時，PC端控制器還需要控制其他傳感器或運動單元。這種PC端控制器直接控制上述設備的方案，存在效率低、難以做到指令發(fā)送或接收的同步處理、延時較大、采集的數(shù)據(jù)無法做到準確同步等問題。因此需要簡化PC端控制器的數(shù)據(jù)通信量、降低指令延遲、提升控制效率，同時需要獲取同步后的數(shù)據(jù)。

　　中科億海微電子科技(蘇州)有限公司(以下簡稱“中科億海微”)研制的FPGA運動控制加速卡由兩塊板卡構(gòu)成：以EQ6HL130為核心的同步采集板、以EQ6HL9為核心的柔性傳感器采集板。主要完成PC端與伺服驅(qū)動器、相機、壓力及柔性傳感器等模塊之間的數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)監(jiān)測。FPGA運動控制加速卡將復雜的控制卸載到FPGA中實現(xiàn)，簡化了PC端控制器的控制流程，極大地減小了數(shù)據(jù)鏈路通信時間消耗。同時FPGA將同步后的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC處理，使得數(shù)據(jù)處理流程更合理。

　　圖 FPGA運動控制加速卡

　　圖 FPGA運動控制加速卡-同步采集板

　　圖 FPGA運動控制加速卡-柔性傳感器采集板

　　以EQ6HL130為核心的同步采集板控制伺服驅(qū)動器，產(chǎn)生驅(qū)動控制伺服電機的指令，同時接收其應答指令，將指令解析處理后結(jié)果傳輸給PC端控制器作進一步操作;接收柔性傳感器采集器采集的數(shù)據(jù)，解析后傳輸給控制器;接收壓力傳感器的數(shù)據(jù)，解析后傳輸給控制器。此外，同步采集板還負責觸發(fā)相機，通過精確的時間同步控制，確保傳感器數(shù)據(jù)與相機拍攝的照片在時間上嚴格對應，從而實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的同步采集與匹配。對所有接收數(shù)據(jù)打上時間戳，便于后續(xù)使用。

　　以EQ6HL9為核心的柔性傳感器采集板通過AD采集柔性傳感器的數(shù)據(jù)并組幀傳輸給同步采集板控制;將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力值顯示到顯示屏上。柔性傳感器采集板既可以單獨使用，也可以集成到板卡上。柔性傳感器采集板通過EQ6HL9芯片為傳感器供電，電壓輸出步進為40mV，可調(diào)節(jié)檔位是1~82.對應輸出電壓范圍是40mV~3.3V。同時具有127個ADC增益輸入調(diào)節(jié)檔位，實現(xiàn)小信號放大。

　　經(jīng)測試，PC端控制器方案的系統(tǒng)指令延遲大于50ms。基于FPGA的運動控制加速方案的系統(tǒng)指令延遲小于100us，同時伺服電機應答數(shù)據(jù)、多傳感器數(shù)據(jù)、相機數(shù)據(jù)能做到完全同步，更具使用意義。

　　關(guān)于中科億海微

　　中科億海微電子科技(蘇州)有限公司，成立于2017年1月，是“可編程芯片與智能微系統(tǒng)”技術(shù)領(lǐng)域的國家專精特新“小巨人”企業(yè)、國家高新技術(shù)企業(yè)、蘇州市姑蘇領(lǐng)軍企業(yè)和江蘇省潛在獨角獸企業(yè)。公司以“可編程邏輯IP核與EDA工具”為技術(shù)特色，以FPGA、自適應SoC、可重構(gòu)計算系統(tǒng)等產(chǎn)品設計與服務為主營業(yè)務。

　　公司堅持全正向設計技術(shù)路線，自主研制具有高可靠性的嵌入式可編程電路IP核、可編程邏輯芯片、EDA軟件與可重構(gòu)系統(tǒng)，提供具有高性能和自適應計算的行業(yè)解決方案和集成電路設計服務，滿足智能制造、現(xiàn)代通信、能源電力、軌道交通、汽車電子、廣電傳媒、地質(zhì)勘探、金融科技、電子政務、醫(yī)療器械、測試測量等業(yè)務領(lǐng)域的應用需要。

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