中科億海微FPGA運動控制加速卡：助力工業智能裝備多軸伺服與多傳感融合同步控制

　　現階段，大部分的工業運動控制平臺和數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動器，從而實現機械系統中一個或多個坐標上的運動以及運動之間的協調，實現精確的位置控制、速度和加速度控制、轉矩和力的控制等。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、難以做到指令發送或接收的同步處理、延時較大、采集的數據無法做到準確同步等問題。因此需要簡化PC端控制器的數據通信量、降低指令延遲、提升控制效率，同時需要獲取同步后的數據。

　　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端與伺服驅動器、相機、壓力及柔性傳感器等模塊之間的數據通信、數據融合與數據監測。FPGA運動控制加速卡將復雜的控制卸載到FPGA中實現，簡化了PC端控制器的控制流程，極大地減小了數據鏈路通信時間消耗。同時FPGA將同步后的數據發送到PC處理，使得數據處理流程更合理。

　　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動器，產生驅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據，解析后傳輸給控制器;接收壓力傳感器的數據，解析后傳輸給控制器。此外，同步采集板還負責觸發相機，通過精確的時間同步控制，確保傳感器數據與相機拍攝的照片在時間上嚴格對應，從而實現多源數據的同步采集與匹配。對所有接收數據打上時間戳，便于后續使用。

　　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據并組幀傳輸給同步采集板控制;將采集數據轉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，可調節檔位是1~82，對應輸出電壓范圍是40mV~3.3V。同時具有127個ADC增益輸入調節檔位，實現小信號放大。

　　經測試，PC端控制器方案的系統指令延遲大于50ms�；�于FPGA的運動控制加速方案的系統指令延遲小于100us，同時伺服電機應答數據、多傳感器數據、相機數據能做到完全同步，更具使用意義。