[发明专利]一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统

权利要求书

1.一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，包括主控计算机(1)、运动控制器(2)和六个与高精度六自由度光学组件调整机构的轴对应的电机驱动模块(3)，所述电机驱动模块(3)用于驱动高精度六自由度光学组件调整机构对应轴中的永磁同步电机(4)，所述运动控制器(2)包括DSP主处理器(2-1)和与所述DSP主处理器(2-1)进行数据交换的FPGA协处理器(2-2)，所述电机驱动模块(3)包括伺服驱动器(3-1)和绝对式编码器(3-2)；

所述主控计算机(1)通过CAN总线与所述DSP主处理器(2-1)连接，所述DSP主处理器(2-1)输出速度指令至所述伺服驱动器(3-1)，所述伺服驱动器(3-1)根据所述速度指令驱动所述永磁同步电机(4)；

所述伺服驱动器(3-1)输出编码器同步时钟信号分别至所述绝对式编码器(3-2)和所述FPGA协处理器(2-2)；

所述绝对式编码器(3-2)与所述永磁同步电机(4)连接，且所述绝对式编码器(3-2)反馈位置数据信号分别至所述伺服驱动器(3-1)和所述FPGA协处理器(2-2)；

所述伺服驱动器(3-1)包括DSP芯片、速度控制器、绝对式编码器接口和指令解析接口；

所述DSP芯片通过所述绝对式编码器接口向所述绝对式编码器(3-2)发送所述编码器同步时钟信号和接收所述绝对式编码器(3-2)反馈的所述位置数据信号；

所述DSP芯片通过所述速度控制器周期性采集所述永磁同步电机(4)的A相和B相电流，通过磁场定向控制算法计算出相电压矢量，并将所述相电压矢量施加到三项半桥，以控制所述永磁同步电机(4)运动；

所述DSP芯片通过所述指令解析接口接收所述速度指令，所述速度指令为单端PWM指令信号；

所述DSP主处理器(2-1)进行轨迹规划、轨迹插补、二自由度位置回路控制器计算，并将二自由度位置回路控制器输出的控制量通过可变占空比数字PWM指令信号发送到伺服驱动器(3-1)，所述DSP主处理器(2-1)进行轨迹插补的过程如下：

采用归一化轨迹规划器将运动数据中的定位时间均分为加速、匀速、减速三个阶段，并以起点为0、终点为1计算当前采样周期的归一化位置，由运动数据的起点和终点信息计算当前绝对位置，实现六自由度联动运行。

2.根据权利要求1所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，

当所述单端PWM指令信号的占空比为50％时，所述伺服驱动器(3-1)以零速度驱动所述永磁同步电机(4)；

当所述单端PWM指令信号的占空比为95％时，所述伺服驱动器(3-1)以正向最大转速驱动所述永磁同步电机(4)；

当所述单端PWM指令信号的占空比为5％时，所述伺服驱动器(3-1)以负向最大转速驱动所述永磁同步电机(4)。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，

当所述单端PWM指令信号的占空比为0％或者100％时，所述伺服驱动器(3-1)切断功率输出，并输出错误报警信号。

4.根据权利要求1所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，

所述绝对式编码器接口采用BISS协议。

5.根据权利要求1或2所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，

所述FPGA协处理器(2-2)通过数字逻辑补偿接收到的所述编码器同步时钟信号与所述位置数据信号之间的相位差，采用异步解码的方式实现所述绝对式编码器(3-2)的位置数据解析以及数据循环冗余校验，并将解析到的位置数据和校验结果存储在内部寄存器中。

6.根据权利要求5所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，

所述DSP主处理器(2-1)与所述FPGA协处理器(2-2)通过SPI串行通讯协议进行数据交换，所述DSP主处理器(2-1)按照位置回路控制周期定期发起SPI通讯，从所述FPGA协处理器(2-2)的所述内部寄存器中读取所述绝对式编码器(3-2)的位置数据和校验结果。

7.根据权利要求1所述的一种应用于高精度六自由度光学组件调整机构的控制系统，其特征在于，

所述DSP主处理器(2-1)采用主频150MHz带有浮点计算单元的DSP芯片TMS320F28335；

所述FPGA协处理器(2-2)采用FPGA芯片Cyclone III EP3CE25；

所述绝对式编码器(3-2)采用Hengstler绝对式编码器AD36。