基于NCUC-Bus现场总线的驱动信号转发装置的设计与实现

3 基于NCUC—Bus现场总线的驱动信号转发装置的功能实现

　　驱动信号转发装置功能主要在FPGA中实现。FPGA的硬件程序包括总线上传／下载单元、码盘信号转换单元、位置环控制单元、选择单元、D／A控制单元、脉冲转换单元、I／O转换单元。如图3所示。输入到FPGA中的码盘反馈信号和I／O输入信号经过码盘信号转换单元和I／O转换单元处理后，由总线上传／下载单元上传到现场总线中。总线上传／下载单元经光纤接口下载脉冲指令、速度指令、I／O输出指令。下载的脉冲指令可以通过脉冲转换单元输出，也可以通过位置环控制单元处理后转换为速度指令；直接下载的速度指令和经位置环控制单元处理后的速度指令通过选择单元，选择其中一种类型，经D／A控制单元输出；下载的I／O输出指令绛I／P转换单元输出。

图3 FPGA信号流程示意图 

　　选择单元可选择模拟量的两种类型，也就是速度控制的两种应用模式：第一种应用模式，是实现信号转发的功能，把网络的速度指令直接通过D／A转换为模拟量输出；第二种应用模式，是在FPGA中实现位置环的控制，将网络中的脉冲指令和码盘的反馈信号通过位置环及D／A转换为模拟量输出，位置环的控制流程如同4所示。

图4位置环控制流程图

　　位置环的实现是将主站提供的脉冲指令和码盘的反馈信号在FPGA进行实时的控制处理，最终转换成模拟量形式对电机进行速度控制。前馈因子和位置环比例系数都可以根据具体的电机控制过程来确定．具体实现过程如图5所示。

图5 位置环实现过程的逻辑框图 

4 实验与仿真

　　基于NCUC-Bus现场总线的驱动信号转发装置可以用于电机的位置控制和速度控制，速度控制具有两种应用模式每种控制方式和应用模式都进行了实验和仿真测试，均符合设计要求。

　　4.1 基于NCUC-Bus现场总线的驱动信号转发装置的位置控制

　　将基于NCUC-Bus现场总线的驱动信蛩转发装置用于位置控制时，主站可以设置位置指令的值，经NCUC-Bus现场总线传输后，南光纤接口下载到FP—GA中转换成脉冲串和脉冲方向，通过电平转换和啤转差分电路．从高密36接口输出。输出的脉冲信号作为驱动器的控制信号，以脉冲的形式控制伺服驱动器的位置。

　　实验仿真时，主站设置第一路位置指令的值为200，第二路位置指令的值为-200，意义是1ms发送200个脉冲，第一路位置指令的方向为正，第二路位置指令的方向为负．通过该驱动信号转发装置信号处理后，脉冲串是频率为200kHz的方波，第一路脉冲方向为正，输出 4V左右的电压．第二路脉冲方向为负，输出OV左右的电压。实验过程中用Quartus软件的SignalTap观察两路位置指令经信号转换后的脉冲输出的仿真图形，如图6所示。并用示波器观测第一路脉冲指令在单转差分电路处理后脉冲串的差分信号和脉冲方向的差分信号，即CP±和DIR±，如图7所示。