精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)

一、產(chǎn)品概述

精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)以典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做為控制對(duì)像，應(yīng)用自有模型化控制算法開(kāi)發(fā)環(huán)境，搭配多路多信號(hào)IO板卡做為電量采集手段，高性能功放實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)，為高精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員、研學(xué)人員，提供一套完整的算法驗(yàn)證平臺(tái)。在該本臺(tái)上可以跳過(guò)基礎(chǔ)編碼器采集、驅(qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)等工作，直接驗(yàn)證高級(jí)控制算法。由于軟變量全開(kāi)放性，硬件系統(tǒng)自研，所以可以為算法開(kāi)發(fā)人員提供有力的支撐。

二、產(chǎn)品特色

3、具有豐富的接口板卡資源，可以方便的與激光干涉儀、跟蹤儀、渦流傳感器等反饋設(shè)備連接；

4、具有EtherCAT、CANOPEN、ProfiNet等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的擴(kuò)展能力；

5、被控對(duì)像可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以是伺服電機(jī)、多自由度高精度XYR運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、尺蠖式壓電致動(dòng)器等；

三、系統(tǒng)性能參數(shù)

精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)由上位開(kāi)發(fā)機(jī)、實(shí)時(shí)控制主機(jī)、FPGA IO板卡、自研功率放大模塊、商業(yè)驅(qū)動(dòng)器和精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)組成。

1、FGPA IO板卡：FMCIO采集卡是集AD、DA、PWM控制、差分輸入輸出等多功能為一體的板卡，針對(duì)每個(gè)功能，采集卡設(shè)計(jì)了多通道同步采集機(jī)制。具體接口列表如圖：

2、軟件系統(tǒng)：

系統(tǒng)主架構(gòu)圖如下圖所示：

主機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖

如上圖所示，主機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)主要包括信號(hào)采集板卡，下位機(jī)內(nèi)部包含內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用層庫(kù)函數(shù)，上位機(jī)中包括Matlab軟件本身及封裝好的Simulink功能模塊庫(kù)。信號(hào)采集卡通過(guò)PCIE通信協(xié)議與內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊通信，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)IPC通信與應(yīng)用層程序通信。本設(shè)計(jì)中，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊與應(yīng)用層通信的功能以應(yīng)用層函數(shù)庫(kù)的形式被封裝，該函數(shù)庫(kù)的調(diào)用又被進(jìn)一步封裝到Simulink功能模塊庫(kù)中。

下位機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)掛載內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊等待調(diào)用。在Simulink模型編譯時(shí)，會(huì)包含該功能模塊庫(kù)功能一起生成下位機(jī)應(yīng)用層可執(zhí)行文件。Simulink模型運(yùn)行時(shí)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行該可執(zhí)行文件，該可執(zhí)行文件會(huì)啟動(dòng)信號(hào)采集卡響應(yīng)信號(hào)采集功能。

算法開(kāi)發(fā)方式：

基于自研的功率級(jí)電機(jī)控制策略快速驗(yàn)證解決方案，用戶在可以在Simulink界面環(huán)境下調(diào)用電力電子專用模型庫(kù)和軟件開(kāi)發(fā)工具包(SDK)搭建實(shí)際硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并快速建立控制算法模型，對(duì)控制器的輸入輸出進(jìn)行仿真，控制實(shí)際功率器件驅(qū)動(dòng)實(shí)際電機(jī)，快速驗(yàn)證控制方案的可行性。應(yīng)用范圍靈活地涵蓋各功率等級(jí)的多類電機(jī)控制器研發(fā)測(cè)試。

l支持x86目標(biāo)機(jī)部署

l支持可選異構(gòu)部署

l支持輸出數(shù)據(jù)類型重配置

l開(kāi)發(fā)者源文件鏈接

lFPGA參數(shù)設(shè)置功能

lHIL自定義Simulink庫(kù)

l開(kāi)發(fā)者自定義功能

3、精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)超薄型設(shè)計(jì)，集成了X軸和Y軸，擁有優(yōu)異的定位精度、平面度、直線度、剛性和重復(fù)性精度。該臺(tái)子可定制，包括行程、反饋精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等參數(shù)，都可根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整。

l集成XY平臺(tái)，正交性設(shè)計(jì)

l全局平面度、直線度達(dá)微米級(jí)

l超薄型設(shè)計(jì)

l高效率，無(wú)齒槽力電機(jī)設(shè)計(jì)

l模擬光柵，最高可實(shí)現(xiàn)1.2納米分辨率

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

控制器及X-Y200運(yùn)動(dòng)臺(tái) 尺蠖式驅(qū)動(dòng)模型驅(qū)動(dòng)電壓波形

XY平臺(tái)雙軸位置軌跡及單電機(jī)電流波形 伺服電機(jī)位置跟蹤及速度波形

審核編輯 ：李倩