中英文文献翻译-数字控制系统机械手
中英文文献翻译-数字控制系统机械手,中英文,文献,翻译,数字,控制系统,机械手
现场可编程阵列的三自由度的数字控制系统机械手摘要这项工作是以展示设计过程和执行三自由度机械手为目的的,被由超高速集成电路硬件描述语言的数字系统控制,以及被现场可编程阵列执行。用于控制的数字系统是通过互相连接的电路和功能块设计的。现场可编程阵列终端被用来控制三个步进电机序列,这种方式实现了三自由度机械手的运动,在控制系统和发电机中的接口阶段是被基于晶体管的电力电子电路所开发的。这个设计是一个试图说明设计阶段以及主要关于机械手运动的数字控制系统的理论模型。对于这种情况,机械手设计并不依赖一个特定的情况,这是一个免费的轨迹,与此同时用户能通过现场可编程阵列的界面决定机械手的运动。机械手通常没有能力去移动大部件,既不能升大重力物体,也不能成为一个简单的结构模型和被每个人访问除非能用可循环材料建造它,它被做成这种形式只是处于教育的目的。1.介绍对现代人来说,根本不可能去构思他们的生活如果没有数字电子的存在,因为电子应用出现在人们日常生活中的数量是巨大的,数字电子的应用是非常多和非常普遍的。【1】传感器,微芯片和致动器被普遍用于现在生产中。甚至传统的机械工程领域的汽车工业也用微芯片在现代交通工具和机械结构【2】机电一体化和有关的各种学问去接近设计工程发展的解决方案,提供一个重要的方向来跟随教学和研究。因此,对成功的工程师来说这样一个多学科学位的教学已经成为必要。【3】世界上的大学用在机电一体化和机电工程方面介绍新学位来回报的方式出现。因为在相同的方式,它也通常发生在数字电子技术和电子产品,在很多应用里我们能找到电子设备涉及机械设备,其中的一个应用就是机械结构控制。【4】在控制和施工条件下,教育和演示目的一个机械手,和大的工业机械手有相同的结构的,因此,理解用于控制他们的技术的设计是非常重要的。每一个数字系统设计开始于一组规格和完成模式开发的特性,此外它它用布尔运算功能所表示的逻辑图结束,同时它被编程到现场可编程阵。【5】实际上,逻辑设计师的任务是简化使用描述性语言的电路。虽然多样化的描述性语言存在,非常高速的集成硬件描述语言是最受欢迎的和使用时间最长的。硬件描述语言的描述性语言的目的是开展在可编程序逻辑方面的电路领悟,这技术是已知的像设计合成。被提出的数字系统来控制机械臂是由自上而下的分层设计技术。使用这种技术,设计师有从容分开设计阶段,确定几个抽象水平,能够治疗系统黑盒来开发他们用并行方式。这个项目被分为三个主要部分来讲:机械部分的手臂,电力电子接口电路和FPGA阶段。非常重要的说,拟议中的数字系统的用来控制步进电机是不会考虑一个特定的轨迹。在这个项目中,数字系统,如同样的方式,机械设计,不依赖任何运动轨迹。这是一个被推荐的FPGA接口所以运动轨迹是由用户决定。图1显示了这个项目是主要部分划分:图1设计过程阶段2.发展2.1机械阶段机械阶段重点建设机械臂结构,为此,各种各样的元素被实用,如铝链接、齿轮、滑轮、带轮、步进电机、轴、参考线以及一些公共设施的元素在停止实用的的电子设备中都有包含。这个阶段的项目很有趣,因为在齿轮、带轮、滑轮中的机械联合体,他们自己的生产,所有机械设备被放置在一个精确的方式来获得想要的运动。图2显示了机械作臂是如何建立。图2三自由度的机械臂结构图2显示了臂是如何被建立去完成三自由度的运动:在图像的劣质部分,第一马达是被鉴别的,允许整体的运动基于手臂的位置;在左边图像的优越部分的马达有助于开展二自由的运动,相当于第一个链接的运动,以其各自的机械连接,允许想要运动离开;最后,图2也显示了步进电机,是定位于携带出了运动的第三和最后的自由度,适当的加入这个运动反映了机制的第二环节。机械臂结构是建立在一个自由的方式,对于这个项目没有必要采取合成过程来确定结构尺寸,比如链接的长度,基于一个特定的精密点轨迹。结构尺寸是任意选择的和机械臂结构不是考虑一个特定的运动轨迹而建立。图2没显示了机械臂的执行机构由于目前情况下,执行机构可以是一个螯,伊玛目,一个支承面,一个电磁铁,一支铅笔,它实际上可以是任何东西,机械臂执行机构是用户的决定。2.2电子阶段电子的阶段主要是使用的电力电子接口连接FPGA和步进电机安装在机械臂结构。这个FPGA包含一个非常广泛的逻辑包为了应用现状,但它的终端不能直接与步进电机相连接,因为步进电机电流的需求比支持现场可编程门阵列的要大得多。为了解决这个问题,有必要实现”接口电路”,它可以解释FPGA输出和采取相应的行动使发动机给必要的和足够的力量,同时FPGA是受保护的。为此,光学绝缘体被用来在FPGA输出和步进电机的输入间消除身体接触。图三显示了电路的应用原理图:电力电子接口电路显示在图3是只有一个步进电机相,它是必须实现12次同样的电力电子接口电路,因为每一个步进电机有四相和这个项目使用三个步进电机相来运动。有时FPGA输出有一个非常低电压水平,这就是为什么另一个电子电路选择界面在FPGA和光绝缘子之间放一个缓冲区,但对于目前的项目它不是必需的。光绝缘子输出与相应的步进电机相具有相同的状态(激活或禁用) ,但它是孤立于FPGA和有一个电压水平稍高于它的输入。光绝缘体输出不能提供步进电动机所需求的电流,这就是为什么电力阶段是适当的。高输出增益的达林顿晶体管配置,被用在功率阶段。最后,接口电路也有相应的步进电机相线可用的连接器:步进电动机常见的终端连接到供给电压(Vcc),相应的步进电机相连接达林顿晶体管集电极。图4显示了完整的接口电子电路的实作界面及其到FPGA的连接:图4连接到FPGA电力电子接口电路有许多不同的方式来实现功率电子接口电路,因为有大量的电力电子设备可以使用,这只是一个标准的电力电子接口电路和用户可以决定使用哪些电子设备来实现它。2.3现场可编程门阵列阶段FPGA阶段包括在被VHDL描述的数字系统,它能够控制机械手臂的运动。本设计提供了激活感觉和运动资格的选择:用户选择想激活的电动机,它移动的意义和希望最后它可以激活运动的开始。可以使用的可编程逻辑作为一种个性化的逻辑设计,也就是说,设计思考关于自己的硬件。第一个器件是编程的通过面具,他们被电脑制造商开发的,在60年代初可编程序逻辑到达可融化的程度,从那时,这种技术对大小用户的使用都很普遍。用一种更简单的方法来描述数字系统为控制机械臂运动多样化,它们使用的功能块允许执行必要的功能。数字系统被以下功能模块建造借助分层设计基金会:时间坐标,步进电机有限状态机和控制有限状态机。图5数字系统功能块图5显示了数字系统功能块并给出一个关于的互联互通他们的主意,包括用户选项用于选择一些机械臂运动。时间坐标功能块是像一个振荡器,它确实没有从用户收到任何价值或命令,但它发送一个预先确定的和持续期脉冲控制有限状态机,对于这种情况,周期是1 ms;在时间坐标生成的相对低频脉冲功能块用于处理相应的步进电机相来通过电力电子接口电路,同时,它允许解释目前步进电机阶段状态,来影响运动序列有变化的时候;具体来说,时间坐标功能块设计可以像一个常数模块计数器,由用户决定的计时模块,这种方式,时基脉冲周期可以有很多价值,但是所给的不改变;这是必要的时间坐标脉冲对电力电子接口电路设备有一个好操作。步进电机有限状态机接收来自使用步进电机的转向感(连续波或反时针方向)和步骤类型(退或全部步骤)值,同时用户选择步进电机运动开始的资格信号。显而易见,用户激活相应的步进电机将感觉信号,这一步类型的信号和选择想要移动的步进电机,所以机械臂结构可以采取很多不同的运动轨迹。这是为什么机械手臂运动确实不依赖于一个特定的运动轨迹,因为用户可以决定,实际上决定了,机械臂运动轨迹。步进电动机有限状态机发送来控制有限状态机的相应的步进电机相阶段与从用户选取的运动特征;步进电机有限状态机包含适当的步进电动机相序为了生成两个感觉运动,也包括一半和完整的步骤运动。图6步进电机有限状态机图6显示了步进电机有限状态机的国家和它的特征。资格信号,转换信号和步进式信号是输入信号和它们的值从用户直接定义的。步进电机的阶段可以分化为两种不同的方式:第一个只有一个极化阶段,第二个有两个极化阶段。总之,步进电机有限状态机认为四个状态只有一个极化阶段和另外四个个状态的两个极化阶段,这样一般和完整的步骤运动都能生成。没有任何国家有三个或四极化阶段,因为它不是一个为了兴趣的步进电机运动。图6也显示了可能的运动序列:连续波和完整的步骤,连续波和半步骤,反时针方向和完整的步骤,最后,反时针方向和半步骤。步进电机的有限状态机在图6提供了一个参考状态,有限状态机决定当复位信号(RST)被激活。复位和fpga时钟信号是最高层次的信号因为复位信号重启所有数字系统和时钟信号,使这个设计成为一个同步数字系统确定数字系统操作速度,但另一个高的层次结构信号是资格信号,有资格的信号用户允许或者阻碍选择的步进电机运动,这样,当资格信号是禁用的步进电机不动。转变感觉和步进式信号不会有一个高的层次,但他们是很重要的,因为他们决定运动特性。对于目前项目有必要考虑半步骤的运动,因为它是更精确的运动相比完整步骤的运动,这种方式,提出的控制数字系统提供了两种精度水平的步进电机运动,因此,可能得到更好的机械臂定位。控制有限状态机接收时间坐标脉冲,相应的步进电机相状态依据从用户和步进电机的选择信号选定的运动特性;时间坐标脉冲步进电机相阶段来自内部功能块,但步进电机选择信号来自用户;控制有限状态机诠释步进电机相状态依赖于从步进电机有限状态机选择的步进电机运动特性,用户选择步进电机希望移动和控制有限状态机指定相状态到对应的步进电动机。这个过程是按以下方式进行:控制有限状态机接收步进电机相状态拥fpga时钟速度,这就是说,每一个fpga时钟脉冲控制有限状态机更新对应的步进电动机阶段状态和运动资格信息,这样,任何运动序列几乎立即改变产生的相关的行动,FPGA输出状态也几乎立即反映这种变化的影响;时间坐标功能块的工作作为一个常数模块计数器和发送控制有限状态机的一个由设计师决定的常数周期脉冲。控制有限状态机发送给FPGA输出相应的步进电动机相阶段来选择步进电动机, 但不是在fpga时钟速度,它发送那个的价值在时间坐标脉冲速度。所有数字系统提出功能块是和fpga时钟完全同步的,但有必要减少它的频率并用一个适当的速度进行相应的步进电动机相状态。1.结果结果的每一个阶段在那个设计里被划分成以下部分: 机械臂结构被建立在适当的位置安装电机,在每一个三自由度生成一个自由运动; 一个基于功率晶体管的接口电路设计, 连接FPGA与步进电机; 最后,一个数字系统被设计生成必要的和适当的信号来控制机械手臂运动。如前所述,无论是机械臂结构和控制步进电机运动的数字系统并不是考虑一个特定的运动轨迹, 但它是提出一个FPGA接口采取关于转换意义相应的价值, 步进式和从用户选择的步进电机。在接下来的四个图片,可以看到控制数字系统仿真程序的结果。这是重要的说,照片显示所有可能的运动的类型,连续波和完整步骤,反时针方向和完整步骤,连续波和半步骤,CCW和半步骤,最后, 一个额外的“坚持”的状态,但只有一个步进电机。仿真结果,数字7,8,9和10展示只会是选择步进电机的运动选项。为了获得一个正确的模拟他们定义一些控制信号。这些信号是一种标志,可以给关于步进电机运动条件的一些信息:信号(RST)有能力重启完整数字系统, 在模拟的开始它被激活, 过很短的时间,然后它使其余的仿真市区能力; 时钟信号(时钟)正是FPGA时钟信号,它有一个标准的50mhz的频率;使感觉信号(C)选择连续波或反时针方向改变感觉, 如果它是禁用的,默认转换感觉是连续波转换感觉, 如果转换感觉信号被激活然后步进电机运动是在反时针方向转换感觉; 步式信号(F)选择步进电机的步进式, 它被激活时将选择一个完整步骤序列,当它被禁用了默认类型是半步序列; 启动类型运动信号(STM)只是一个控制信号,表明准确即时当步进电机的运动特性改变时; 步信号(S)只是一个控制信号,提示号码必要的步骤来完成这个步骤类型选择序列; 信息传输信号(S)是一个标志信号表明信息在正确的方式转移, 当它被禁用时,信息转移是正确的; 准备好信号是一个旗语,这是激活显示选定的运动的完成, 而且它也被激活当选择的步进电机是在“坚持” 状态; 最后 ,这个阶段信号()是一个信号总线,代表选择的步进电机相状态。一个关于模拟过程的重要解释已经有结果,可以看到步进电机序列是做在一个比FPGA标准频率较低的频率的改变。图7显示了模拟的第一部分,可以看到它完成半步和连续波序列, 和一些半连续波序列。图8显示第二部分的仿真。我们可以看到半步和连续波序列的结束退的武器序列,和的完整步骤连续波序列的开始。图9显示了模拟的第三部分, 我们可以看到完整步骤和连续波序列的结束,和完整步骤反时针方向序列的开始。图10显示了最后一部分的仿真, 它可以看到全部步骤和反时针方向序列的结束,和保持状态。4总结机电一体化使用其他工程分支的知识,但是它有它的技术问题, 应用程序和作为独立的工程的特定的设计。这个项目需要应用先前获得的知识和技能,如:数字逻辑设计(有限状态机);硬件描述语言(VHDL);分层设计技术在于实现使用FRGA。 电子电路设计(接口和驱动电路); 最后,发动机和致动器(步进电机)。选择一个FPGA设计的主要的理由是提供工具来实现数字系统的快速原型,这是必不可少的在当前的电子行业,反应当前的行业惯例; 和使用VHDL硬件描述语言来描述数字系统。 合成和实际硬件作为一个替代设计平台来实现3。这个项目的用户界面可以是一个电脑键盘,计算机或电子电路, 但对于这种情况,选定的用户界面是FPGA自己的控制, 按钮和开关。这个用户界面不是最好的一个,但它是非常实用和多功能的。最大的并发症出现在机械阶段,因为机械传动和联合结构是自己生产的, 有必要验证那个元素的位置是否合适来生成一个自由运动。这个机械手臂提议是用可回收材料建造的。这个项目需要一个非常常见的工业应用:控制机械结构运动, 但在同时,它允许用FPGA做简单化系统来控制复杂的机制。三自由度机械臂的被提出不能移动大部件,也不能提重物, 它可以被可回收的材料建立,如在这种情况下, 所以这个项目的主要目的是说明了数字设计流程和被专注于FPGA阶段。References*1 R. de Jes?us Romero Troncoso, Electr?onica Digital yL?ogica Programable. Lascur?ain de Retana No. 5 C.P.36000: Universidad de Guanajuato, 1st ed., 2007.2 V. Giurgiutiu, J. Lyons, D. Rocheleau, and W. Liu,“Mechatronics/microcontroller education for mechanicalengineering students at the university of south carolina,”Mechatronics, vol. 15, pp. 10251036, 2005.3 K. C. Aw, S. Q. Xie, and E. Haemmerle, “A fpga-basedrapid prototyping approach for teaching of mechatronicsengineering,” Mechatronics, vol. 17, pp. 457461, Octo-ber 2007.*4 R. Isermann, “Mechatronics design approach,” in Themechatronics handbook (R. H. Bishop, ed.), CRC Press,2002.*5 National Semiconductor,Programmable Logic DesignGuide, May 1986.*6 National Semiconductor,Programmable Logic DevicesDatabook and Design Guide, 1990.现场可编程阵列的三自由度的数字控制系统机械手摘要这项工作是以展示设计过程和执行三自由度机械手为目的的,被由超高速集成电路硬件描述语言的数字系统控制,以及被现场可编程阵列执行。用于控制的数字系统是通过互相连接的电路和功能块设计的。现场可编程阵列终端被用来控制三个步进电机序列,这种方式实现了三自由度机械手的运动,在控制系统和发电机中的接口阶段是被基于晶体管的电力电子电路所开发的。这个设计是一个试图说明设计阶段以及主要关于机械手运动的数字控制系统的理论模型。对于这种情况,机械手设计并不依赖一个特定的情况,这是一个免费的轨迹,与此同时用户能通过现场可编程阵列的界面决定机械手的运动。机械手通常没有能力去移动大部件,既不能升大重力物体,也不能成为一个简单的结构模型和被每个人访问除非能用可循环材料建造它,它被做成这种形式只是处于教育的目的。1.介绍对现代人来说,根本不可能去构思他们的生活如果没有数字电子的存在,因为电子应用出现在人们日常生活中的数量是巨大的,数字电子的应用是非常多和非常普遍的。【1】传感器,微芯片和致动器被普遍用于现在生产中。甚至传统的机械工程领域的汽车工业也用微芯片在现代交通工具和机械结构【2】机电一体化和有关的各种学问去接近设计工程发展的解决方案,提供一个重要的方向来跟随教学和研究。因此,对成功的工程师来说这样一个多学科学位的教学已经成为必要。【3】世界上的大学用在机电一体化和机电工程方面介绍新学位来回报的方式出现。因为在相同的方式,它也通常发生在数字电子技术和电子产品,在很多应用里我们能找到电子设备涉及机械设备,其中的一个应用就是机械结构控制。【4】在控制和施工条件下,教育和演示目的一个机械手,和大的工业机械手有相同的结构的,因此,理解用于控制他们的技术的设计是非常重要的。每一个数字系统设计开始于一组规格和完成模式开发的特性,此外它它用布尔运算功能所表示的逻辑图结束,同时它被编程到现场可编程阵。【5】实际上,逻辑设计师的任务是简化使用描述性语言的电路。虽然多样化的描述性语言存在,非常高速的集成硬件描述语言是最受欢迎的和使用时间最长的。硬件描述语言的描述性语言的目的是开展在可编程序逻辑方面的电路领悟,这技术是已知的像设计合成。被提出的数字系统来控制机械臂是由自上而下的分层设计技术。使用这种技术,设计师有从容分开设计阶段,确定几个抽象水平,能够治疗系统黑盒来开发他们用并行方式。这个项目被分为三个主要部分来讲:机械部分的手臂,电力电子接口电路和FPGA阶段。非常重要的说,拟议中的数字系统的用来控制步进电机是不会考虑一个特定的轨迹。在这个项目中,数字系统,如同样的方式,机械设计,不依赖任何运动轨迹。这是一个被推荐的FPGA接口所以运动轨迹是由用户决定。图1显示了这个项目是主要部分划分:图1设计过程阶段2.发展2.1机械阶段机械阶段重点建设机械臂结构,为此,各种各样的元素被实用,如铝链接、齿轮、滑轮、带轮、步进电机、轴、参考线以及一些公共设施的元素在停止实用的的电子设备中都有包含。这个阶段的项目很有趣,因为在齿轮、带轮、滑轮中的机械联合体,他们自己的生产,所有机械设备被放置在一个精确的方式来获得想要的运动。图2显示了机械作臂是如何建立。图2三自由度的机械臂结构图2显示了臂是如何被建立去完成三自由度的运动:在图像的劣质部分,第一马达是被鉴别的,允许整体的运动基于手臂的位置;在左边图像的优越部分的马达有助于开展二自由的运动,相当于第一个链接的运动,以其各自的机械连接,允许想要运动离开;最后,图2也显示了步进电机,是定位于携带出了运动的第三和最后的自由度,适当的加入这个运动反映了机制的第二环节。机械臂结构是建立在一个自由的方式,对于这个项目没有必要采取合成过程来确定结构尺寸,比如链接的长度,基于一个特定的精密点轨迹。结构尺寸是任意选择的和机械臂结构不是考虑一个特定的运动轨迹而建立。图2没显示了机械臂的执行机构由于目前情况下,执行机构可以是一个螯,伊玛目,一个支承面,一个电磁铁,一支铅笔,它实际上可以是任何东西,机械臂执行机构是用户的决定。2.2电子阶段电子的阶段主要是使用的电力电子接口连接FPGA和步进电机安装在机械臂结构。这个FPGA包含一个非常广泛的逻辑包为了应用现状,但它的终端不能直接与步进电机相连接,因为步进电机电流的需求比支持现场可编程门阵列的要大得多。为了解决这个问题,有必要实现”接口电路”,它可以解释FPGA输出和采取相应的行动使发动机给必要的和足够的力量,同时FPGA是受保护的。为此,光学绝缘体被用来在FPGA输出和步进电机的输入间消除身体接触。图三显示了电路的应用原理图:电力电子接口电路显示在图3是只有一个步进电机相,它是必须实现12次同样的电力电子接口电路,因为每一个步进电机有四相和这个项目使用三个步进电机相来运动。有时FPGA输出有一个非常低电压水平,这就是为什么另一个电子电路选择界面在FPGA和光绝缘子之间放一个缓冲区,但对于目前的项目它不是必需的。光绝缘子输出与相应的步进电机相具有相同的状态(激活或禁用) ,但它是孤立于FPGA和有一个电压水平稍高于它的输入。光绝缘体输出不能提供步进电动机所需求的电流,这就是为什么电力阶段是适当的。高输出增益的达林顿晶体管配置,被用在功率阶段。最后,接口电路也有相应的步进电机相线可用的连接器:步进电动机常见的终端连接到供给电压(Vcc),相应的步进电机相连接达林顿晶体管集电极。图4显示了完整的接口电子电路的实作界面及其到FPGA的连接:图4连接到FPGA电力电子接口电路有许多不同的方式来实现功率电子接口电路,因为有大量的电力电子设备可以使用,这只是一个标准的电力电子接口电路和用户可以决定使用哪些电子设备来实现它。2.3现场可编程门阵列阶段FPGA阶段包括在被VHDL描述的数字系统,它能够控制机械手臂的运动。本设计提供了激活感觉和运动资格的选择:用户选择想激活的电动机,它移动的意义和希望最后它可以激活运动的开始。可以使用的可编程逻辑作为一种个性化的逻辑设计,也就是说,设计思考关于自己的硬件。第一个器件是编程的通过面具,他们被电脑制造商开发的,在60年代初可编程序逻辑到达可融化的程度,从那时,这种技术对大小用户的使用都很普遍。用一种更简单的方法来描述数字系统为控制机械臂运动多样化,它们使用的功能块允许执行必要的功能。数字系统被以下功能模块建造借助分层设计基金会:时间坐标,步进电机有限状态机和控制有限状态机。图5数字系统功能块图5显示了数字系统功能块并给出一个关于的互联互通他们的主意,包括用户选项用于选择一些机械臂运动。时间坐标功能块是像一个振荡器,它确实没有从用户收到任何价值或命令,但它发送一个预先确定的和持续期脉冲控制有限状态机,对于这种情况,周期是1 ms;在时间坐标生成的相对低频脉冲功能块用于处理相应的步进电机相来通过电力电子接口电路,同时,它允许解释目前步进电机阶段状态,来影响运动序列有变化的时候;具体来说,时间坐标功能块设计可以像一个常数模块计数器,由用户决定的计时模块,这种方式,时基脉冲周期可以有很多价值,但是所给的不改变;这是必要的时间坐标脉冲对电力电子接口电路设备有一个好操作。步进电机有限状态机接收来自使用步进电机的转向感(连续波或反时针方向)和步骤类型(退或全部步骤)值,同时用户选择步进电机运动开始的资格信号。显而易见,用户激活相应的步进电机将感觉信号,这一步类型的信号和选择想要移动的步进电机,所以机械臂结构可以采取很多不同的运动轨迹。这是为什么机械手臂运动确实不依赖于一个特定的运动轨迹,因为用户可以决定,实际上决定了,机械臂运动轨迹。步进电动机有限状态机发送来控制有限状态机的相应的步进电机相阶段与从用户选取的运动特征;步进电机有限状态机包含适当的步进电动机相序为了生成两个感觉运动,也包括一半和完整的步骤运动。图6步进电机有限状态机图6显示了步进电机有限状态机的国家和它的特征。资格信号,转换信号和步进式信号是输入信号和它们的值从用户直接定义的。步进电机的阶段可以分化为两种不同的方式:第一个只有一个极化阶段,第二个有两个极化阶段。总之,步进电机有限状态机认为四个状态只有一个极化阶段和另外四个个状态的两个极化阶段,这样一般和完整的步骤运动都能生成。没有任何国家有三个或四极化阶段,因为它不是一个为了兴趣的步进电机运动。图6也显示了可能的运动序列:连续波和完整的步骤,连续波和半步骤,反时针方向和完整的步骤,最后,反时针方向和半步骤。步进电机的有限状态机在图6提供了一个参考状态,有限状态机决定当复位信号(RST)被激活。复位和fpga时钟信号是最高层次的信号因为复位信号重启所有数字系统和时钟信号,使这个设计成为一个同步数字系统确定数字系统操作速度,但另一个高的层次结构信号是资格信号,有资格的信号用户允许或者阻碍选择的步进电机运动,这样,当资格信号是禁用的步进电机不动。转变感觉和步进式信号不会有一个高的层次,但他们是很重要的,因为他们决定运动特性。对于目前项目有必要考虑半步骤的运动,因为它是更精确的运动相比完整步骤的运动,这种方式,提出的控制数字系统提供了两种精度水平的步进电机运动,因此,可能得到更好的机械臂定位。控制有限状态机接收时间坐标脉冲,相应的步进电机相状态依据从用户和步进电机的选择信号选定的运动特性;时间坐标脉冲步进电机相阶段来自内部功能块,但步进电机选择信号来自用户;控制有限状态机诠释步进电机相状态依赖于从步进电机有限状态机选择的步进电机运动特性,用户选择步进电机希望移动和控制有限状态机指定相状态到对应的步进电动机。这个过程是按以下方式进行:控制有限状态机接收步进电机相状态拥fpga时钟速度,这就是说,每一个fpga时钟脉冲控制有限状态机更新对应的步进电动机阶段状态和运动资格信息,这样,任何运动序列几乎立即改变产生的相关的行动,FPGA输出状态也几乎立即反映这种变化的影响;时间坐标功能块的工作作为一个常数模块计数器和发送控制有限状态机的一个由设计师决定的常数周期脉冲。控制有限状态机发送给FPGA输出相应的步进电动机相阶段来选择步进电动机, 但不是在fpga时钟速度,它发送那个的价值在时间坐标脉冲速度。所有数字系统提出功能块是和fpga时钟完全同步的,但有必要减少它的频率并用一个适当的速度进行相应的步进电动机相状态。1.结果结果的每一个阶段在那个设计里被划分成以下部分: 机械臂结构被建立在适当的位置安装电机,在每一个三自由度生成一个自由运动; 一个基于功率晶体管的接口电路设计, 连接FPGA与步进电机; 最后,一个数字系统被设计生成必要的和适当的信号来控制机械手臂运动。如前所述,无论是机械臂结构和控制步进电机运动的数字系统并不是考虑一个特定的运动轨迹, 但它是提出一个FPGA接口采取关于转换意义相应的价值, 步进式和从用户选择的步进电机。在接下来的四个图片,可以看到控制数字系统仿真程序的结果。这是重要的说,照片显示所有可能的运动的类型,连续波和完整步骤,反时针方向和完整步骤,连续波和半步骤,CCW和半步骤,最后, 一个额外的“坚持”的状态,但只有一个步进电机。仿真结果,数字7,8,9和10展示只会是选择步进电机的运动选项。为了获得一个正确的模拟他们定义一些控制信号。这些信号是一种标志,可以给关于步进电机运动条件的一些信息:信号(RST)有能力重启完整数字系统, 在模拟的开始它被激活, 过很短的时间,然后它使其余的仿真市区能力; 时钟信号(时钟)正是FPGA时钟信号,它有一个标准的50mhz的频率;使感觉信号(C)选择连续波或反时针方向改变感觉, 如果它是禁用的,默认转换感觉是连续波转换感觉, 如果转换感觉信号被激活然后步进电机运动是在反时针方向转换感觉; 步式信号(F)选择步进电机的步进式, 它被激活时将选择一个完整步骤序列,当它被禁用了默认类型是半步序列; 启动类型运动信号(STM)只是一个控制信号,表明准确即时当步进电机的运动特性改变时; 步信号(S)只是一个控制信号,提示号码必要的步骤来完成这个步骤类型选择序列; 信息传输信号(S)是一个标志信号表明信息在正确的方式转移, 当它被禁用时,信息转移是正确的; 准备好信号是一个旗语,这是激活显示选定的运动的完成, 而且它也被激活当选择的步进电机是在“坚持” 状态; 最后 ,这个阶段信号()是一个信号总线,代表选择的步进电机相状态。一个关于模拟过程的重要解释已经有结果,可以看到步进电机序列是做在一个比FPGA标准频率较低的频率的改变。图7显示了模拟的第一部分,可以看到它完成半步和连续波序列, 和一些半连续波序列。图8显示第二部分的仿真。我们可以看到半步和连续波序列的结束退的武器序列,和的完整步骤连续波序列的开始。图9显示了模拟的第三部分, 我们可以看到完整步骤和连续波序列的结束,和完整步骤反时针方向序列的开始。图10显示了最后一部分的仿真, 它可以看到全部步骤和反时针方向序列的结束,和保持状态。4总结机电一体化使用其他工程分支的知识,但是它有它的技术问题, 应用程序和作为独立的工程的特定的设计。这个项目需要应用先前获得的知识和技能,如:数字逻辑设计(有限状态机);硬件描述语言(VHDL);分层设计技术在于实现使用FRGA。 电子电路设计(接口和驱动电路); 最后,发动机和致动器(步进电机)。选择一个FPGA设计的主要的理由是提供工具来实现数字系统的快速原型,这是必不可少的在当前的电子行业,反应当前的行业惯例; 和使用VHDL硬件描述语言来描述数字系统。 合成和实际硬件作为一个替代设计平台来实现3。这个项目的用户界面可以是一个电脑键盘,计算机或电子电路, 但对于这种情况,选定的用户界面是FPGA自己的控制, 按钮和开关。这个用户界面不是最好的一个,但它是非常实用和多功能的。最大的并发症出现在机械阶段,因为机械传动和联合结构是自己生产的, 有必要验证那个元素的位置是否合适来生成一个自由运动。这个机械手臂提议是用可回收材料建造的。这个项目需要一个非常常见的工业应用:控制机械结构运动, 但在同时,它允许用FPGA做简单化系统来控制复杂的机制。三自由度机械臂的被提出不能移动大部件,也不能提重物, 它可以被可回收的材料建立,如在这种情况下, 所以这个项目的主要目的是说明了数字设计流程和被专注于FPGA阶段。References*1 R. de Jes?us Romero Troncoso, Electr?onica Digital yL?ogica Programable. Lascur?ain de Retana No. 5 C.P.36000: Universidad de Guanajuato, 1st ed., 2007.2 V. Giurgiutiu, J. Lyons, D. Rocheleau, and W. Liu,“Mechatronics/microcontroller education for mechanicalengineering students at the university of south carolina,”Mechatronics, vol. 15, pp. 10251036, 2005.3 K. C. Aw, S. Q. Xie, and E. Haemmerle, “A fpga-basedrapid prototyping approach for teaching of mechatronicsengineering,” Mechatronics, vol. 17, pp. 457461, Octo-ber 2007.*4 R. Isermann, “Mechatronics design approach,” in Themechatronics handbook (R. H. Bishop, ed.), CRC Press,2002.*5 National Semiconductor,Programmable Logic DesignGuide, May 1986.*6 National Semiconductor,Programmable Logic DevicesDatabook and Design Guide, 1990.
收藏