运动控制是一门多学科交叉的技术,是推动工业智能化的关键技术。随着“中国制造2025”步伐的迈进,运动控制市场需求不断增长,运动控制技术飞速发展,运动控制器产品种类日益增多。近年来,伴随微电子技术的进步,运动控制器正朝着多轴化、网络化、开放化、智能化方向迅速发展。本文在对国内外控制器研究现状深入了解的基础上,以实际工程项目——柔版印刷机调压控制系统设计为背景,设计了一款以FPGA为核心处理器的步进电机运动控制器。本文从项目需求着手,以Altera公司高性价比FPGA芯片EP4CE15F17C8N为核心设计了控制器的总体方案,对控制器中FPGA核心电路、通信电路、存储电路、电机驱动电路、光栅尺信号处理电路等硬件电路进行设计,并完成了PCB制作以及硬件电路调试。控制器在硬件上引入光栅尺和存储芯片,使调压控制系统具有掉电位置存储功能,替代传统的编码器结构,光栅尺可以对调压系统运动平台进行位置测量,实现对运动平台的绝对位置记忆。在控制器的软件设计中,根据步进电机的矩频特性为保证步进电机平稳运行设计了S型加减速算法,避免电机运行过程中加速度产生突变。针对S型加减速算法的复杂性,通过对其速度曲线离散化处理,在FPGA中使用有限状态机完成算法的实现过程。为了保证印刷过程中对印刷辊筒位置的控制精度,在设计中根据光栅尺结构实现对辊筒运动平台的位置闭环,并使用循环误差补偿算法解决因机械结构误差导致平台位置精度丢失的问题,确保实际位置和HMI设定位置的一致性。对于印刷辊筒同轴两电机的同步误差在交叉耦合控制的基础上采用增量式PID控制算法,保证同轴电机在运行过程中的同步性能。根据结构层次化代码设计风格,使用Verilog HDL硬件描述语言在Quartus II环境中完成各功能模块的代码编写,并在Modelsim中完成各模块的仿真实验。使用设计的测试板在实验室对控制器原型进行功能测试后,在实际工业现场搭建测试环境,完成对控制器整体的性能分析与验证。通过对整个柔版印刷调压系统的联合调试,根据系统的实际工作情况表明,本文所设计的基于FPGA的步进电机控制器具有实际的应用价值。