信号的采样，并完成硬件电路中的信号转换功能。
[0026]本发明中，电机驱动模块包括DA数模转换单元，用于实现对3个电机驱动器控制数字量信号的模拟化，并完成使能驱动功能。
[0027]本发明中，数据存储模块用于对控制系统中关键参数或程序代码的存取。通过I2C通讯方式，由FPGA微控制器完成对外扩展Flash存储芯片的读写操作。
[0028]本发明中输入输出模块用于FPGA微控制器的I/O 口控制，包括测试指示灯控制、测试按键控制及部分芯片使能控制等。
[0029]本发明中，LCD显示模块用于关键参数和关键信息的实时刷新可视化显示。
[0030]本发明中，上位机通讯模块用于上位机与FPGA微控制器之间的信息交互。上位机通讯模块是连接控制系统和用户界面的桥梁，上位机发送控制参数给FPGA微控制器，FPGA微控制器通过解析及数据处理后，应用控制参数，调整控制策略，驱动机构运动。FPGA微控制器将控制系统的状态及相关必要数据回传给上位机，便于用户的查看、分析。在上位机通讯模块部分采用预定义的通讯及校验协议，能有效保证数据传输的可靠性。上位机通讯模块采用USB方式进行通讯，包括FPGA微控制器中的UART通讯单元、USB转换芯片及相应外部接口构成。
[0031]如图3和图4所示:
[0032]本发明中，FPGA微控制器模块是指FPGA最小系统，由FPGA控制芯片、外时钟电路、复位电路、电源模块等外部电路构成。FPGA微控制器模块要实现的功能包括测试单元、数据处理及解析单元、控制器命令实现单元、主动减振算法单元、加速度转位移单元以及各种I/O控制驱动接口单元。
[0033]FPGA微控制器模块包含的测试单元用于主控FPGA芯片调试、外部关键状态信号的监控、保护。
[0034]FPGA微控制器模块包含的数据处理及解析单元，用于对UART、SP1、I2C三种方式收到数据的解析、处理。对于每种接口，在物理层协议的基础上，定义了应用层协议以保证数据的正确性，通过解析程序处理获取实际传输的有用数据。
[0035]FPGA微控制器模块包含的控制器命令实现单元用于根据上位机命令实现对运动机构的驱动控制。控制器命令实现单元涉及到上述的所有单元的功能或者数据，由不同的命令调用相应的功能单元以及外部各种接口获取的多种数据；通过相应处理，再由音圈电机驱动完成机构运动控制。
[0036]加速度转位移单元用于将三轴加速度计的振动加速度信号转化为振动控制位移信号。
[0037]FPGA微控制器模块包含的主动减振算法单元是用于完成振动位移数据的读入并给出相应振动下的主动控制作用。
[0038]FPGA微控制器模块包含的I/O控制驱动接口单元用于实现上面提到的与FPGA微控制器相关联的所有模块的底层驱动。FPGA微控制器将获取相关数据供给其他单元使用，并将由其他单元生成发送出去。
[0039]本发明的专用控制器硬件平台，使用的Stratix II FPGA控制芯片采用TSMC的90nm低K绝缘工艺技术生产，等价逻辑单元(LE)高达180K，嵌入式存储器达到9Mbits，工作频率最高可达到550MHz，具有极高的性能和密度。以上所述极大地提高了系统的整体速度，为控制器内部的各种算法的快速实现及系统的实时响应提供了坚实物理基础。
[0040]应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的思想和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改。
【主权项】
1.一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，其包括以下模块:FPGA微控制器模块、采样模块、电机驱动模块、数据存储模块、输入输出模块、LCD显示模块和上位机通讯模块；所述采样模块的输出端与所述FPGA微控制器模块电连接，所述FPGA微控制器模块与所述电机驱动模块和LCD显示模块电连接，所述FPGA微控制器模块与数据存储模块电连接，FPGA微控制器模块与输入输出模块为电连接，并能实现数据的交互传输。
2.根据权利要求1所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述FPGA微控制器模块通过所述输入输出模块、采样模块、上位机通讯模块和数据存储模块完成数据的获取和处理，通过所述LCD显示模块进行处理信息的可视化显示，并通过所述电机驱动模块完成音圈电机驱动器的控制；所述采样模块包括模数转换模块，所述模数转换模块用于获取三轴加速度计模拟信号的数字量信息；所述电机驱动模块作为FPGA微控制器与音圈电机驱动器连接的一种接口单元，通过信号线与音圈电机驱动器连接，用于实现以所述FPGA微控制器模块和3台音圈电机驱动器组成的电机驱动网络的信息交互；所述数据存储模块用于保存控制系统的部分关键数据；所述输入输出模块用于实现对外器件的开关量控制；所述LCD显示模块用于信息的可视化显示；所述上位机通讯模块用于所述FPGA微控制器与上位机进行信息交互。
3.根据权利要求2所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述采样模块还包括三轴加速度计模拟信号处理模块，所述三轴加速度计模拟信号处理模块用于对三轴加速度模拟信号的平稳限幅、滤波处理。
4.根据权利要求3所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述数据存储模块采用I2C通讯方式完成数据的交互。
5.根据权利要求4所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块采用SPI通讯方式完成数据的交互及音圈电机的驱动。
6.根据权利要求5所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述上位机通讯模块采用USB通讯方式实现所述FPGA微控制器模块与上位机的数据信息交互。
7.根据权利要求6所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，权利要求4所述I2C通讯功能、权利要求5所述SPI通讯功能和权利要求6所述USB通讯功能，均由FPGA微控制器模块来完成。
8.根据权利要求7所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述FPGA微控制器模块包括3自由度机构振动加速度转位移单元和主动减振控制算法单元，所述3自由度机构振动加速度转位移单元用于实现抑制振动的控制输入，所述主动减振控制算法单元用于提供一种有效的控制策略，并由所述音圈电机驱动器实现抑制振动的控制输出。
9.根据权利要求8所述的一种晶振减振主动减振机构的控制系统，其特征在于，所述FPGA微控制器模块还包括测试单元，所述测试单元用于实现对运动过程中重要状态的控制和实时监测。
【专利摘要】本发明公开了一种晶振减振主动减振机构的控制系统,其包括FPGA微控制器模块、采样模块、电机驱动模块、数据存储模块、输入输出模块、LCD显示模块和上位机通讯模块；所述采样模块的输出端与FPGA微控制器模块电连接，所述FPGA微控制器模块与电机驱动模块和LCD显示模块电连接，所述FPGA微控制器模块与数据存储模块电连接，FPGA微控制器模块与输入输出模块之间为电连接，并能实现数据的交互传输。该平台基于FPGA的可编程片上系统(SOPC)实现主动减振控制，增强了系统柔性特征；且在被动减振的基础上，采用3自由度主动减振机构，进一步提高了控制精度。其减振效果好、频率源稳定度、精确度高。
【IPC分类】G05B19-418
【公开号】CN104750064
【申请号】CN201510061236
【发明人】米建伟, 房东阳, 保宏, 段学超
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月5日