開源方案|PYNQ框架下開發(fā)可重構(gòu)運(yùn)動控制器

本文轉(zhuǎn)載自： PYNQ開源社區(qū)微信公眾號

感興趣者可與 pynq_china@xilinx.com 聯(lián)系，共同合作拓展項(xiàng)目。

這項(xiàng)工作是由加州州立理工大學(xué)波莫納分校、C3SR的產(chǎn)學(xué)合作課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的目標(biāo)是創(chuàng)建一個通用的運(yùn)動控制器，與任何運(yùn)動控制系統(tǒng)或設(shè)備兼容，解決工業(yè)和開源運(yùn)動控制器中的問題，同時也相對便宜，易于對創(chuàng)作者群體進(jìn)行擴(kuò)展。項(xiàng)目在PYNQ框架下開發(fā)了可重構(gòu)運(yùn)動控制器，所提出的體系結(jié)構(gòu)依賴于使用S曲線算法來控制軌道上的運(yùn)動，而另一個則是為了驗(yàn)證概念。

1.什么是S型運(yùn)動軌跡規(guī)劃

市場上發(fā)現(xiàn)的許多工業(yè)運(yùn)動控制器使用具有線性加速和減速階段的梯形運(yùn)動輪廓。然而，由于圖1所示不同點(diǎn)期間的加速度突然變化，這會導(dǎo)致沖擊運(yùn)動，導(dǎo)致控制系統(tǒng)中出現(xiàn)不必要的振蕩。在 S 曲線算法中，加速和減速階段使用二階或更高多項(xiàng)式實(shí)現(xiàn)，以減少這種沖擊運(yùn)動并產(chǎn)生更平滑的運(yùn)動。S曲線的階數(shù)越高，生成的運(yùn)動將變得越平滑，盡管這是以額外資源為代價的。

S 曲線算法本身有 5 個主要部分，如圖 2 所示。第一節(jié)和第二節(jié)包括一個增加的正加速度階段，然后是遞減的正加速度階段。第三部分是加速度為 0 且速度為最大值的穩(wěn)定狀態(tài)。第 4 節(jié)和第 5 節(jié)是前兩節(jié)的相反狀態(tài)，其負(fù)加速度增加，然后是負(fù)加速度遞減，直到系統(tǒng)到達(dá)目的地。應(yīng)當(dāng)指出，這些部分可以進(jìn)一步細(xì)分為其他部分，這將有助于進(jìn)一步理順提案。

2.實(shí)現(xiàn)

此控制器的實(shí)現(xiàn)需要三個主要組件：S-Curve 算法塊（藍(lán)色）、FIFO 塊（橙色）和包含向目標(biāo)設(shè)備驅(qū)動程序生成脈沖的管理塊（黃色）。

使用此實(shí)現(xiàn)版本的FIFO塊是因?yàn)镾曲線和管理塊的頻率不同。它充當(dāng)一個緩沖區(qū)，使S曲線與管理器中的脈沖產(chǎn)生相兼容。管理器本身是幾個功能的組合，其中最重要的是脈沖發(fā)生器或PWM，因?yàn)樗鼘曲線的頻率轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器的脈沖。

3.該項(xiàng)目狀態(tài)和未來計(jì)劃

目前的項(xiàng)目狀態(tài)是一個工作的二階S曲線運(yùn)動控制器，計(jì)劃擴(kuò)展到更高的階數(shù)以及多個運(yùn)動軸。在電源和資源使用方面，運(yùn)動控制器僅使用約318mw，僅占用PYNQ板不到30%的資源，有很大的擴(kuò)展空間。詳細(xì)步驟請點(diǎn)擊：