FPGA加速的数字卷积加减速算法设计与高性能实现

本文主要探讨了基于FPGA的数字卷积加减速算法的设计与实现，其核心目标是提高计算效率、稳定性和运算速度，以满足现代数控系统和工业机器人对高速和高精度控制的需求。传统软件编程的加减速算法可能存在计算量大、难以实现硬件化的缺点。 首先，作者引入数字卷积这一概念，利用其迭代表达式的特性（仅包含加法和除法运算），这使得在FPGA硬件平台上实现时，能够显著减少计算负担。数字卷积通过一次运算就能生成梯形加减速曲线，其总运行时间nTs由曲线长度与固定速度Vmax决定。通过调整卷积核H1的值，如取1/n1Ts，可以确保速度位移的一致性。 进一步地，通过两次数字卷积操作，可以得到光滑的S形加减速曲线，相比于梯形曲线，这种曲线具有更好的灵活性和动态性能。这种方式不仅简化了计算过程，还降低了速度突变带来的振动，有助于提高加工精度和整体运动控制的平滑性。 文章的关键创新在于将FIR滤波器的速度规划算法与数字卷积相结合，既实现了加减速的连续变化，又降低了计算复杂度。相较于先前的算法，这种方法在保持高性能的同时，降低了实现的难度，这对于在硬件资源受限的环境中，如FPGA，具有重要的实际应用价值。 基于FPGA的数字卷积加减速算法设计不仅优化了运动控制的性能，还降低了硬件实现的复杂性，为数控系统和工业机器人的高效、精确控制提供了新的解决方案。这种技术的发展预示着未来硬件加速的运动控制算法将更加普遍，对提升工业自动化水平有着深远影响。