[發明專利]硬件在環仿真裝置和硬件在環仿真方法

有效

• 申請號: 200910053244.5
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN101598944A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 潘磊;李詩;陳銳;吳小健;穆洪德
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G05B17/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈 蘅;李時云

技術領域

本發明涉及仿真技術，特別是運動控制的硬件在環仿真裝置和方法。

背景技術

仿真(simulation)是一種利用模型對實際系統的工作過程進行重現，并通 過對系統模型的實驗來研究該實際系統的技術。當所研究的實際系統造價昂 貴、或實驗的危險性大、或需要很長的時間才能了解系統參數變化所引起的 后果時，仿真是一種行之有效的研究手段。

仿真技術廣泛應用于各種領域和產品，以機電產品為例：機電產品中具 有各種機械傳動裝置，其工作過程主要包括通過電機接收來自驅動裝置的驅 動信號，并通過電機中的傳感器將所收到的電信號轉換成電機軸上的角位移 或角速度，以及輸出這些運動信號。為了提高機械部件按照預期的軌跡和規 定運動參數完成相應動作的準確性和精度，通常采用運動控制系統通過對電 機的運動信號進行實時的控制管理。目前的運動控制系統，按機械運動的軌 跡，可分為點位、直線、輪廓控制等類型；按電機的類型，可分為開環、閉 環和半閉環伺服系統。

在對運動控制系統進行設計和開發的過程中，常通過選擇合適的仿真模 型，對電機的運動和相關的信號進行模擬，以較低的代價進行大量反復的試 驗，以及獲得足夠數量和質量的分析數據，為設計或測試提供幫助。具體來 說，以仿真系統取代實際的電機，接收由驅動裝置所輸出的驅動信號，以及 模擬電機做出反應，并將所得到的運動信號反饋至驅動裝置，從而檢驗該電 機以及對該電機的運動控制是否符合要求。

在現實環境中，運動控制系統往往不是孤立的，多個運動控制系統之間 常存在著依賴和聯動，為了增加仿真的真實性，仿真過程必須兼顧到各系統 之間的相互關系和數據交互，因此需要對所有運動控制系統同時進行仿真。 目前，業內用于運動控制工業設計和測試的仿真系統，例如dSPACE，NI仿真 設計平臺和OPAL?RT的RT-Lab等，僅能實現對單個運動控制系統的仿真， 對于多個運動控制系統之間實時數據交互和仿真則無法處理。

此外，運動控制系統中需要使用傳感器將電信號轉換為運動信號，由于 運動信號的多樣性，運動控制系統中可包括多種類型傳感器，例如模擬傳感 器或數字傳感器。當運動控制系統中存在多種類型傳感器時，現有的仿真系 統多采用軟件模擬產生傳感器信號，無法真實模擬出傳感器工作時的輸出信 號，因而也就無法實現測量信號的完全、實時仿真，從而無法完全有效地發 現控制器及硬件板卡存在的問題與缺陷。

隨著控制技術的發展，多個運動子系統的實時交互和同步，以及多種類 型傳感器的同時使用，是設計的必然趨勢和需求，因此，有必要提供一種能 夠適用于多個運動子系統以及多種類型傳感器的仿真系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于現有的運動控制仿真系統無法適用于多個 運動子系統以及多種類型傳感器。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種硬件在環仿真裝置，與驅動裝 置相連接，用于對包括電機以及與電機相連的機械裝置的傳動系統進行硬件 在環仿真，其特征在于，包括：運動模擬單元，用于根據數字輸入信號、電 機模型以及描述所述機械裝置各運動軸的電機運動軸模型，獲得對應的運動 信號，以及根據所述運動信號獲得傳感器測量數據，并將所述傳感器測量數 據輸出至輸出單元；輸入單元，用于接收來自所述驅動裝置的驅動信號，根 據所述驅動信號，獲得用于輸入所述運動模擬單元的數字輸入信號；所述輸 入單元通過光纖與所述運動模擬單元相連接，并通過電氣連接線與所述驅動 裝置相連接；輸出單元，接收來自運動模擬單元的傳感器測量數據，根據所 述電機模型，進行仿真，并將所述仿真結果反饋至所述驅動裝置；所述輸出 單元通過光纖與所述運動模擬單元相連接，并通過電氣連接線與所述驅動裝 置相連接。

可選的，所述輸入單元為模數轉換器。

可選的，當所述電機的傳感器為數字傳感器時，所述運動模擬單元包括： 驅動計算單元，用于接收來自所述輸入單元的數字輸入信號，根據電機模型， 計算當電機接收所述數字輸入信號時所產生的輸出力；運動信號計算單元， 用于計算在電機的所述輸出力的作用下，相連接的機械裝置各運動軸對應產 生的運動信號；傳感器計數值單元，用于根據所述運動信號和所述電機的傳 感器模型，計算出對應的傳感器計數值。

可選的，所述傳感器為旋轉編碼器或光柵尺編碼器。

可選的，所述輸出單元包括傳感器模型仿真器。