Moduł pomiaru prędkości i położenia zaimplementowany w strukturze FPGA

In the paper the position and speed measurement module implemented in FPGA (Field Programmable Gate Array) structure is presented. The module is part of motion processor applied to control DC(Direct Current) and PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) motors. The module interfaces to quadrature incremental encoders with two outputs signals displayed by 90 electrical degrees and output giving one pulse per revolution. Digital filters of the module make the system resistant to electrical noise. The module is implemented on a Spartan-3E FPGA structure manufactured by Xilinx. Results velocity and position measurement are presented.W artykule przedstawiono zaimplementowany w układzie FPGA (ang. Field Programmable Gate Array) moduł pomiaru prędkości i położenia. Moduł ten jest częścią procesora ruchu przeznaczonego do sterowania silnikami DC (ang. Direct Current) i PMSM (ang. Permanent Magnet Synchronous Motor). Interfejs wejściowy układu współpracuje z przetwornikami obrotowo-impulsowymi przyrostowymi, zawierającymi dwa wyjścia sygnałowe przesunięte o 90 stopni elektrycznych, oraz wyjście indeksu (1 impuls/obrót) (rys. 1). Prezentowany blok realizuje pętle pomiaru prędkości i położenia. Został on zaimplementowany w strukturze układu Spartan-3E firmy Xilinx (rys. 2). Program modułu napisano w języku VHDL. Do symulacji i kompilacji projektu bloku pomiaru prędkości i położenia wykorzystano oprogramowanie ISE. Moduł ten cechuje odporność na zakłócenia elektryczne. Zawiera on dedykowane filtry cyfrowe, odfiltrowujące zakłócenia wejściowe do modułu (rys. 4). Bardzo istotnym zagadnieniem jest detekcja kierunku ruchu i pomiar położenia. Prezentowany moduł zawiera rozwiązania zapewniające prawidłową detekcję kierunku ruchu i prawidłowy pomiar położenia (rys. 5, 6). Jest to szczególnie istotne w przypadku oscylacyjnego ruchu, zwłaszcza gdy przemieszczenia są małe a oscylacje wysokiej częstotliwości. Proste techniki detekcji nie zapewniają właściwego pomiaru, powodując utratę impulsów, bądź zliczają te same impulsy wielokrotnie. W celu przeprowadzenia badań zbudowano stanowisko badawcze. Przeprowadzono badania modułu pomiaru prędkości i położenia z wykorzystaniem przetwornika obrotowo impulsowego przyrostowego w różnych programach ruchu w środowisku zakłóceń elektrycznych. Wyniki pomiarów porównano z układem referencyjnym zbudowanym na karcie PC z procesorem ruchu MC1401A firmy PMD (rys. 7). Wyniki pomiarów położenia badanego modułu nie różniły się więcej niż o 1 inkrement. Prezentowany moduł pomiaru prędkości i położenia będzie częścią procesora ruchu zbudowanego w oparciu o układ FPGA