A field programmable gate array based motion control platform

Abstract

Anahtar Kelimeler: Alanda programlanabilir kapı dizileri, hareket control platformu, yeniden ayarlanabilir donanım, donanım-yazılım ortak tasarımıHareket kontrol sistemlerine duyulan beklentiler her geçen gün artmaktadır. Sistemler karmaşıklaştıkça, gelenekse hareket kontrol sistemleri tüm gereksinimleri en iyi biçimde karşılayamıyor. Bu durum, kontrol platformunun yeni gereksinimleri tatmin etmek için yeniden tasarlanmasını gerektiriyor. Alanda programlanabilir kapı dizileri, sistem sahaya yerleştirilmiş olsa dahi, yeniden düzenlenebilir donanım özelliği sunuyor. İşlevlerin donanım tarafından yapılıyor olması, performansı güçlendiriyor. Adanmış donanım yapısı aynı zamanda enerji tüketimini de azaltıyor. Ayrık donanımların da, alanda programlanabilir kapı dizilerinde uygulanması kart boyutunun azalmasına, bu da kart fiyatının düşmesini sağlıyor. Bunlara karşın alanda programlanabilir kapı dizilerinin programlanması, yazılım geliştirmekten daha karmaşık bir iştir.Tezin amacı, alanda programlanabilir kapı dizileri kullanarak hareket kontrol sistemi tasarımında, ileri donanım tanımlama dili bilgisi gereksinimini azaltmak için, yeni bir soyutlaştırma seviyesi yaratmaktır. Uygulanan donanım kütüphanesi özellikle hareket kontrolü sistemleri için tasarlanmıştır. Bütün bir hareket kontrol sistemi yaratmak için, kullanıcı ara yüzü, kinematik hesaplamaları ve gezinge yaratımı gibi kısımlar, yazılım tarafında uygulanmıştır. Yaratılan platform bir paralel mekanizma üzerinde doğrulanmıştır.

Keywords: Field programmable gate array, motion control platform, reconfigurable hardware, hardware-software co-designThe expectations from motion control systems have been rising day by day. As the system becomes more complex, conventional motion control systems can not achieve to meet all the specifications with optimized results. This creates the need of re-designing the control platform in order to meet the new specifications. Field programmable gate arrays (FPGA) offer reconfigurable hardware, which would result in overcoming this re-designing issue. The hardware structure of the system can be reconfigured, even though the hardware is deployed. As the functionality is provided by the hardware, the performance is enhanced. The dedicated hardware also improves the power consumption. The board size also shrinks, as the discrete components can be implemented in FPGA. The shrinkage of the board size also lowers the cost. As a trade-off, FPGA programming is more complicated than software programming.The aim of this thesis is to create a level of abstraction in order to diminish the requirement of advanced hardware description language knowledge for implementing motion control algorithms on FPGA?s. The hardware library is introduced which is specifically implemented for motion control purposes. In order to have a thorough motion control platform, other parts of the system like, user interface, kinematics calculations and trajectory generation, have been implemented as a software library. The control algorithms are tested, and the system is verified by experimenting on a parallel mechanism.