[發明專利]一種精密運動控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410692715.8
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104503302A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 安冬;須穎
• 申請（專利權）人: 天津三英精密儀器有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

技術領域

本發明屬于位移數據采集技術領域，尤其是一種精密運動控制系統及其制方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，尤其是MEMS技術的飛速發展，在納米甚至亞納米等級上的運動和定位控制已經成為可能。這給人類認識和利用微觀世界，提供了強有力的工具。所謂納米位移定位技術是指在納米精度等級上對受控物體(微加工工具或微測量工具)進行精密控制，以滿足其對定位精度、運動精度和精度穩定性的要求，實現具有計量功能的加工和檢測操作。運動控制技術的應用大多以各種形式的運動平臺機構或產品來實現。其應用領域無處不在，包括幾乎所有的高科技領域。

以單片機為主的控制方法在20世紀80年代就已經出現，但是應用的場合大都是對系統運行精度要求和運行成本較低的領域，單片機的計算運行速度的實時性較差，在閉環控制中只能應用于低速點位運動和對運行軌跡要求不高的控制場合。

新型的DSP運動控制系統，采用更為先進的模塊式結構，可以和片上系統(SOC)、現場可編程門陣列(FPGA)以及ARM等高性能處理芯片相結合，根據不同的應用要求，通過簡單的增加或更改模塊并結合系統編程，就可以擴展或者修改系統，迅速地組成一個新的數據采集系統，其運算速度更快，精度更高，在精密運動控制領域得到了廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種可以達到精密控制系統對控制精度和速度的要求的前提下，節省前期研發的成本和周期，同時具有可擴展性、易用性和穩定性的精密運動控制系統及其制方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種精密運動控制系統，包括控制核心模塊、傳感器輸入模塊、高壓驅動輸出模塊、多通道信號采集模塊、執行器模塊、被控制對象以及上位機屏幕顯示模塊；傳感器輸入模塊的輸出端通過多通道數據采集模塊連接到控制核心模塊的輸入端；控制核心模塊的輸出端與高壓驅動輸出模塊的輸入端連接；上位機屏幕顯示模塊與控制核心模塊雙向連接；高壓驅動輸出模塊的輸出端與執行器模塊的輸入端連接；執行器模塊的輸出端連接被控制對象的輸入端且驅動被控制對象；被控對象的輸出端與傳感器輸入模塊的輸入端連接。

而且，所述控制核心模塊中的控制核心為DSP處理器，其是將數據處理模塊、控制模塊和顯示模塊都集成在一塊DSP處理器中，以DSP處理器為核心的多通道信號采集與處理的系統的設計，將所要設計完成的原理圖分成以下幾個功能模塊：以DSP處理器為核心完成數據的采集、數據處理及數據存儲，與主機進行通信的主機接口模塊；為系統提供電源的供電模塊；進行信號采集的模數轉換模塊以及轉換DSP處理器處理過的數據的數模轉換模塊。

而且，所述控制核心模塊中的DSP處理器和上位機屏幕顯示模塊通過USB2.0傳輸協議雙向連接；DSP處理器和多通道信號采集模塊、高壓驅動輸出模塊均通過地址總線和控制總線相連接。

而且，DSP處理器外接一塊SDRAM存儲器，還接入了一塊FLASH存儲器。

而且，所述上位機屏幕顯示模塊傳輸命令給控制核心模塊，控制核心模塊控制被控對象，被控對象將反饋位置信息傳輸給上位機屏幕顯示模塊。

上述精密運動控制系統的控制方法的步驟為：

⑴對所述控制系統上電，上位機屏幕顯示模塊和DSP處理器加載初始化程序，進入初始化階段；

⑵DSP處理器初始化完成后發送初始化成功命令給上位機屏幕顯示模塊，然后進入等待狀態；

⑶上位機屏幕顯示模塊向DSP處理器發送運動指令，DSP處理器接受運動指令后，進入主循環程序；

⑷傳感器輸入模塊將當前x、y、z三個軸向的位置信息通過多通道數據采集模塊傳輸給DSP處理器，DSP處理器運算得出運動速度和方向，并將結果傳輸給上位機屏幕顯示模塊，同時將結果通過數模轉換模塊轉換成模擬信號輸出高壓驅動模塊，驅動高壓驅動模塊的輸出端口；

⑸高壓驅動模塊通過驅動執行器模塊對被控制對象實現微位移；

⑹傳感器輸入模塊將當前位置信息和位移量通過多通道數據采集模塊實時的傳輸給DSP處理器，并在上位機屏幕顯示模塊顯示，等待上位機的操作，執行完畢返回主程序。

而且，步驟⑴和步驟⑶中，系統上電后，DSP處理器是通過下載器和上位機屏幕顯示模塊連接，上位機屏幕顯示模塊通過下載器向DSP處理器傳輸信號采集指令，DSP處理器得到信號采集指令，啟動信號采集并將采集到的數據存到預先分配的空間內。