[發(fā)明專利]超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)半實(shí)物仿真系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911346193.5
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN113031461B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慶鑫;王福東;趙冰潔;李子陽;張華良;孫海濤;張誠
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽智能機(jī)器人創(chuàng)新中心有限公司;沈陽智能機(jī)器人國家研究院有限公司;中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括：

上位機(jī)，用于構(gòu)建仿真環(huán)境，對超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行建模與仿真測試，并將仿真程序部署到控制算法目標(biāo)機(jī)或模型目標(biāo)機(jī)中；在線調(diào)整控制算法目標(biāo)機(jī)的控制參數(shù)，監(jiān)控模型目標(biāo)機(jī)的狀態(tài)參數(shù)；

控制算法目標(biāo)機(jī)，用于為上位機(jī)提供運(yùn)行仿真程序?qū)崟r(shí)代碼的仿真環(huán)境，實(shí)時(shí)運(yùn)行部屬的仿真程序；

模型目標(biāo)機(jī)，用于為上位機(jī)提供運(yùn)行仿真程序?qū)崟r(shí)代碼的仿真環(huán)境，或者提供真實(shí)的超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)的狀態(tài)參數(shù)；

所述控制算法目標(biāo)機(jī)內(nèi)設(shè)有主FPGA卡，所述模型目標(biāo)機(jī)內(nèi)設(shè)有從FPGA卡，主FPGA卡與從FPGA卡用于實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)同步，并通過光纖通訊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)機(jī)之間的信號(hào)傳遞；

所述主FPGA卡作為時(shí)鐘源，每隔設(shè)定時(shí)間將前一個(gè)周期來自從FPGA卡的傳感器信息數(shù)據(jù)通過DMA發(fā)送給控制器內(nèi)核層，同時(shí)將前一個(gè)周期控制指令發(fā)送給從FPGA；

所述從FPGA接收到前一個(gè)周期控制指令后，通過DMA發(fā)送到被控對象內(nèi)核層；

當(dāng)控制器計(jì)算結(jié)束后，通過DMA將被控制器計(jì)算得到的控制指令保存到主FPGA的發(fā)送緩存中，模型目標(biāo)機(jī)通過DMA將被控對象模型計(jì)算得到的傳感器信息數(shù)據(jù)保存到主FPGA的接收緩存中，結(jié)束當(dāng)前周期工作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于：所述模型目標(biāo)機(jī)替換為真實(shí)的超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于：所述超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)為光刻機(jī)。

4.超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)半實(shí)物仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：構(gòu)建超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)被控對象模型；

步驟S2：針對超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)被控對象模型構(gòu)建控制器；

步驟S3：啟動(dòng)仿真測試，并通過上位機(jī)調(diào)整控制參數(shù)；

步驟S4：將控制器和被控對象模型分別部署到控制算法目標(biāo)機(jī)和模型目標(biāo)機(jī)，進(jìn)行仿真；

主FPGA卡與從FPGA卡實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)同步，并通過光纖通訊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)機(jī)之間的信號(hào)傳遞，包括以下步驟：

1)主FPGA卡將接收數(shù)據(jù)緩存中的模型目標(biāo)機(jī)的傳感器信息數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器并等待，同時(shí)將發(fā)送數(shù)據(jù)緩存中的控制指令發(fā)送給從FPGA卡并等待；

3)當(dāng)主FPGA卡收到來自控制器當(dāng)前周期的計(jì)算結(jié)果，將控制指令保存到發(fā)送緩存區(qū)中等待下個(gè)周期發(fā)送給被控對象模型；當(dāng)收到來自從FPGA卡的當(dāng)前周期的傳感器信息數(shù)據(jù)后，將被控對象模型的傳感器信息數(shù)據(jù)保存到接收數(shù)據(jù)緩存中等待下個(gè)周期發(fā)送給控制器；

4)從FPGA卡接收到時(shí)鐘同步信號(hào)后，將接收數(shù)據(jù)緩存中的控制指令發(fā)送給被控對象模型并等待，同時(shí)將發(fā)送數(shù)據(jù)緩存中的傳感器信息數(shù)據(jù)發(fā)送給主FPGA卡并等待；

5)當(dāng)從FPGA卡收到來被控對象模型當(dāng)前周期的計(jì)算結(jié)果，將傳感器信息數(shù)據(jù)保存到發(fā)送緩存區(qū)中等待下個(gè)周期發(fā)送給主FPGA；當(dāng)收到來自主FPGA卡的當(dāng)前周期的控制指令后，將控制指令保存到接收數(shù)據(jù)緩存中等待下個(gè)時(shí)鐘出發(fā)信號(hào)發(fā)送給被控對象模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)半實(shí)物仿真方法，其特征在于，控制算法目標(biāo)機(jī)執(zhí)行以下步驟：

主FPGA通過光纖采集從FPGA信息，獲取精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)的傳感器信息數(shù)據(jù)；

通過Workingstep數(shù)值進(jìn)入不同控制周期；根據(jù)參數(shù)設(shè)置進(jìn)入不同運(yùn)動(dòng)過程；

運(yùn)動(dòng)過程包括：光纖采集到的精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)的物理軸位置，轉(zhuǎn)換到邏輯軸坐標(biāo)下，獲得當(dāng)前初始位姿；根據(jù)參數(shù)和初始位姿規(guī)劃期望軌跡，并根據(jù)控制器控制運(yùn)動(dòng)臺(tái)使得運(yùn)動(dòng)臺(tái)跟隨期望軌跡運(yùn)動(dòng)；將得到的控制指令從邏輯軸轉(zhuǎn)換到物理軸坐標(biāo)下，并將轉(zhuǎn)換后的控制指令；

將控制指令通過光纖發(fā)送到從FPGA，結(jié)束本控制周期。