中科亿海微FPGA运动控制加速卡：助力工业智能装备多轴伺服与多传感融合同步控制

　　现阶段，大部分的工业运动控制平台和数控运动中的控制中心为PC端控制器，通过PC端控制器控制伺服驱动器，从而实现机械系统中一个或多个坐标上的运动以及运动之间的协调，实现精确的位置控制、速度和加速度控制、转矩和力的控制等。同时，PC端控制器还需要控制其他传感器或运动单元。这种PC端控制器直接控制上述设备的方案，存在效率低、难以做到指令发送或接收的同步处理、延时较大、采集的数据无法做到准确同步等问题。因此需要简化PC端控制器的数据通信量、降低指令延迟、提升控制效率，同时需要获取同步后的数据。

　　中科亿海微电子科技(苏州)有限公司(以下简称“中科亿海微”)研制的FPGA运动控制加速卡由两块板卡构成：以EQ6HL130为核心的同步采集板、以EQ6HL9为核心的柔性传感器采集板。主要完成PC端与伺服驱动器、相机、压力及柔性传感器等模块之间的数据通信、数据融合与数据监测。FPGA运动控制加速卡将复杂的控制卸载到FPGA中实现，简化了PC端控制器的控制流程，极大地减小了数据链路通信时间消耗。同时FPGA将同步后的数据发送到PC处理，使得数据处理流程更合理。

　　图 FPGA运动控制加速卡

　　图 FPGA运动控制加速卡-同步采集板

　　图 FPGA运动控制加速卡-柔性传感器采集板

　　以EQ6HL130为核心的同步采集板控制伺服驱动器，产生驱动控制伺服电机的指令，同时接收其应答指令，将指令解析处理后结果传输给PC端控制器作进一步操作;接收柔性传感器采集器采集的数据，解析后传输给控制器;接收压力传感器的数据，解析后传输给控制器。此外，同步采集板还负责触发相机，通过精确的时间同步控制，确保传感器数据与相机拍摄的照片在时间上严格对应，从而实现多源数据的同步采集与匹配。对所有接收数据打上时间戳，便于后续使用。

　　以EQ6HL9为核心的柔性传感器采集板通过AD采集柔性传感器的数据并组帧传输给同步采集板控制;将采集数据转换为压力值显示到显示屏上。柔性传感器采集板既可以单独使用，也可以集成到板卡上。柔性传感器采集板通过EQ6HL9芯片为传感器供电，电压输出步进为40mV，可调节档位是1~82，对应输出电压范围是40mV~3.3V。同时具有127个ADC增益输入调节档位，实现小信号放大。

　　经测试，PC端控制器方案的系统指令延迟大于50ms。基于FPGA的运动控制加速方案的系统指令延迟小于100us，同时伺服电机应答数据、多传感器数据、相机数据能做到完全同步，更具使用意义。