基于FPGA的磁悬浮微驱动器控制系统研究*

杨莉莉，郭 亮

(浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江杭州310018)

0 引言

微驱动器是指能产生精度较高的驱动力器件或装置，其作为微机电系统(MEMS)的核心部件，广泛存在于微小机器人的活动关节、微小航天仪器、磁盘驱动、超精密加工等方面，因此对微驱动器的测量控制研究显得尤为重要［1-2］。由于传统的接触式、气浮式微驱动器难以在定位精度、运动自由度等方面实现更高的设计要求，磁悬浮式微驱动器以其优越的定位性能受到了广泛关注，并在精密微小领域获得了更大的发展。磁悬浮微驱动器系统是一个非线性、参数摄动、耦合、抗干扰能力差的精密复杂系统［3-4］，对于动子多自由度的运动控制是由单个自由度运动控制结合而成的，因此完成动子多自由度精确定位的重要基础是动子的无静差稳定悬浮。

本研究主要实现对磁悬浮微驱动器悬浮状态的精确控制，传统控制系统中常采用PC 或DSP 进行控制，PC 控制系统中外部数据采集卡的采样频率较低，难以满足高速数据处理的要求，进而无法实现高精度控制的目的;DSP 运算速度快，合适处理密集的加乘运算［5］，但用户可自定义管脚过少，不利于实现对多相电机的控制。而FPGA 以其高时钟频率著称，不仅内部延时小，能并行运行程序完成大量数据运算，而且扩展性较好，便于后续控制系统功能的升级［6-7］，经过综合分析比较后，选择型号为EP2C5T144I8 的FPGA 作为主控芯片，用于实现磁悬浮微驱动器的悬浮系统控制。……