[发明专利]一种控制系统集成测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制系统集成测试装置，尤其涉及一种使用复杂嵌入式系统的控制系统集成测试装置。

背景技术

NI(美国国家仪器公司)的工控产品使用实时操作系统(RT)来进行伺服控制，用户可以通过Labview编写相应的控制程序。实时操作系统需要花费较多的时间去维护系统的运行，从而降低伺服系统的控制性能(采样频率较难提高)，虽然使用了高性能的处理器作为RT的控制器，但RT对于一些外部设备的处理存在缺陷，从而影响了系统采样频率的提高。Labview作为通用测试平台软件，为用户提供了各种方便的测试模块。由于Labview所具有的通用性，所以限制了它在某些专业领域的深入，例如在光刻机中高速高精的机电控制相关的测试。

在嵌入式系统(包括DSP、单片机和PPC等)的开发中，由于没有一种可视化的调试界面，所以集成和维护工作较为困难。

由于开发环境和不同系统的个体差异，要开发一套嵌入式系统通用的集成测试平台较为困难。

NI的工控产品，采用通用的外围设备接口，如16或者18位的A/D接口板、16位的D/A接口板以及一些通用数字I/O板等等，另外，使用的运动控制卡只能满足普通电机的控制，如大部分机电产品中电机+编码器的控制方式，其控制算法固定，较难扩展。

对于类似光刻机中这种高速高精度的运动控制系统，其电机与传感器的组合形式多种多样，NI通用的外围接口往往很难满足要求，所以需要具有高性能接口的装置来进行控制系统的集成和测试，另外为了保证高性能的控制，对于运动控制卡的控制算法也具有较高的要求，所以控制卡除了需要具有较高的性能，同时还需要采用开放式的结构，能根据需求更新控制算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高性能运动控制系统的辅助开发、集成和调试的装置，通过该装置可以对类似光刻机中的高速高精度工作台进行快速控制原型的开发以及硬件在环仿真，同时本装置还能参与这类工作台的集成、调试以及运行过程中的状态监控，最大程度的保证设计与实现的一致性。

为了达到上述目的，本发明提供一种控制系统集成测试装置，该控制系统集成测试装置包括：控制器、运动控制卡、多功能数字模拟接口板、接线端子、第一电源模块、第二电源模块和主背板。该控制器与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口板与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口板和接线端子之间通过主背板上的现场总线相连接；该第一电源模块为该多功能数字模拟接口和接线端子提供电源；该第二电源模块为该控制器和运动控制卡提供电源。

该控制器可以使用PPC。该控制器上可以有VME接口和网口，该VME接口连接该运动控制卡。该运动控制卡上可以有高速串行通讯口(HSSL)和RS485接口。

该控制系统集成测试装置还可以包括可分离的前置模块。该可分离的前置模块包括：副多功能数字模拟接口板、副接线端子、副电源模块和副背板。该副多功能数字模拟接口板与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口和副接线端子之间通过副背板上的现场总线相连接。

该控制器可以与上一级系统进行任务信息的交互。

该运动控制卡可以与外接终端连接，该外接系统可以在该控制器不参与工作的情况下运行软件实现对单个运动部件的集成调试和在线维护。该运动控制卡与外接终端的连接，可以通过串口线，也可以通过网线，还可以通过USB信号线。

该控制系统集成测试装置配置了可视化界面。

该控制系统集成测试装置配置了数学计算模块，能够进行信号处理，该信号处理可以包括频谱分析、功率谱分析、相关度分析、伺服系统传递函数分析。

该控制系统集成测试装置配置了控制算法单元，该控制算法可以包括PID控制(比例微分积分控制)、低通滤波、陷波滤波、超前滞后滤波。

本发明的控制系统集成测试装置使用复杂嵌入式系统的集成，可以方便扩展系统的功能，利用可视化界面辅助进行系统的集成工作。本装置可实现多轴的运动控制功能，并且根据需要还可以进一步扩展，满足更多轴的需要。根据系统的特点，对于多轴控制，本装置可达到2.5kHz以上的采样频率，而对于单轴控制，那么采样频率能达到10kHz。对于目标对象，本装置能与主系统进行同时控制，利用备用通道方便的进行系统的故障诊断、参数标定和维护工作。根据数字化的被控对象模型，可对系统进行各种极限情况下的仿真测试。

附图说明

图1为控制系统集成测试装置外形图；

图2为可拆分的前置模块外形图；

图3为控制系统集成测试装置软件平台结构图；

图4为控制系统集成测试装置新组件的开发流程图；