[發明專利]多軸運動控制系統開發平臺

有效

• 申請號: 201310457241.4
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103488126A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 史屹君;孫成文;張萌;劉洋;陳廣永;毛雪冬
• 申請（專利權）人: 天津市中環電子計算機有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

1.?多軸運動控制系統開發平臺，其特征在于：開發平臺電路包括主控模塊、核心算法模塊、反饋采集模塊、專用數字IO模塊、通用數字IO模塊、通訊模塊、電機控制信號輸出模塊和電源處理模塊；

?????所述電源處理模塊與主控模塊連接，主控模塊分別與通用數字IO模塊、通訊模塊、核心算法模塊連接，核心算法模塊與專用數字IO模塊連接，核心算法模塊與電機控制信號輸出模塊連接，反饋采集模塊與核心算法模塊連接；通用數字IO模塊通過IO接口分別與控制面板、手輪、顯示器連接，反饋采集模塊通過增量型編碼器光柵接口與增量編碼器連接，電機控制信號輸出模塊通過電機驅動器接口與電機驅動器連接；

所述主控模塊由ATmega128單片機構成，用于完成綜合控制、邏輯控制、通訊功能；

所述核心算法模塊由一塊ATmega128單片機構成，主要用于對反饋信息、專用IO信息進行采集和運算；

所述反饋采集模塊由高速光電隔離芯片及差分電路構成，再由差分電路對隔離后的信息進行差分，然后送入主控模塊，減少反饋信息所受到的環境干擾；

所述通用數字IO模塊采用74HC595芯片，74HC595芯片通過TLP521-4光電隔離芯片與構成主控模塊的ATmega128單片機連接，實現I/O拓展，增加I/O數量；采用TLP521-4光電隔離芯片采集信息，從而保護主控模塊的穩定工作；

所述專用數字I/O模塊由MCU（ATmega128）、編碼器、行程限制元件、回零標志電路、放大器使能電路、比較相等輸出電路、方向輸出電路、電機驅動器和放大器出錯電路連接組成；

行程限制元件用于電機的限位、回零標志電路用于觸發電機，令其轉動到零點、放大器出錯電路用于采集電機驅動器工作電壓，當電機電流過大，觸發放大器出錯電路向系統傳送出錯信號，主控模塊發出指令使電機停止轉動；

放大器使能電路輸入端與?ATmega128?的一個I/O端口連接，當ATmega128?的I/O端口電平有效時，觸發則放大器電路使能；

比較相等輸出電路分別與?ATmega128?的一個I/O端口、放大器使能電路輸出端、方向輸出電路連接，對從放大器出錯電路采集的電平與系統設定電平進行比較，如采集的電平與系統設定電平相等，則觸發此功能；

方向輸出電路由比較相等輸出電路控制，其輸出端連接電機驅動器，電機的運動方向由ATmega128?的兩個I/O端口與比較相等輸出的電路的輸出電平進行邏輯運算，如比較相等輸出電路的輸出電平為低電平時，則方向輸出電路不工作，如比較相等輸出電路的輸出電平為高電平，則電機具體的輸出方向由ATmega128的兩個I/O端口控制；

放大器出錯電路包括AD電壓采集芯片，AD電壓采集芯片采集電機驅動器的工作電壓，對電機驅動器的工作電壓進行監控，如果電機驅動器工作電壓異常，則放大器出錯電路輸出低電平，如電機驅動器工作電壓正常，則放大器出錯電路輸出高電平；

專用數字I/O模塊的I/O信息優先級最高，如正向行程限制I/O被觸發時，系統優先處理此信息，使電機停止運動，即使上位機再次下達正向運動指令，此電路部分仍舊不予處理，當上位機下達負向運動指令時，此電路部分將解除鎖定予以處理；

所述通訊模塊包括RS232模塊、CAN模塊、以太網模塊，此三個模塊并行通訊，使用者可采用這三種中任何一種通訊方式使上位機與控制系統建立聯系；采用RS232、CAN、以太網三種通訊方式與上位機進行通訊，通訊模塊使主控模塊與上位機進行數據交換，根據交換的信息可在上位機上進行參數設置，波形分析，圖像顯示；

所述電機控制信號輸出模塊由HCPL2630高速光電隔離芯片與其相關濾波電路構成，因控制信號輸出頻率較高，此模塊采用高速的光隔芯片；

所述電源處理模塊由7805芯片與7812芯片及其相關濾波電路構成，為系統提供5V及±12V系統電源。

2.一種利用多軸運動控制系統開發平臺控制電機工作的步驟：

（1）首先根據任務要求，通過PC機、工控機、控制面板、手輪或傳感器向多軸運動控制系統開發平臺?發布指令，選擇執行項目；????

（2）多軸運動控制系統對上位機下達的指令進行分析并儲存，并對相應的電機下達運動指令；

（3）電機轉動時所對應的反饋信息，如編碼器信息，電流的大小，傳送給多軸運動控制系統，系統對所反饋的信息進行分析運算，并根據所存儲的上位機指令對電機下達二次運動指令，指令以脈沖或模擬電壓方式輸出，此次下達的二次運動指令會根據系統所設定的伺服周期及反饋信息進行不停的運算及修改，如第一次的運動指令不足以使電機的實際運動平滑，或電機的實際速度不能按照指令中預想的速度運行，則二次運動指令會對輸出脈沖或模擬電壓進行比例，積分，微分的三種方式運算，從而達到電機按照指令中預想的運動效果，并告知上位機電機所運動的軌跡及波形；

（4）當外部信號觸發了系統中的專用數字I/O模塊，此時系統停止運算，優先處理此類信息，使電機停止或進行回零運動。