[发明专利]一种高实时性运动控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种高实时性运动控制系统及方法。该系统包括ARM模块、FPGA模块、高性能同步接收模块；FPGA模块作为ARM模块的外设，连接到FMC高速总线上；高性能同步接收模块用于提供精确的秒脉冲同步信号，秒脉冲同步信号连接ARM模块的外部中断口，ARM模块接收秒脉冲同步信号，通过软件实现方法得到高精度时间，并给上位机反馈控制系统时间，上位机根据反馈时间与自身的基准时间进行比对，直到同步完成。本发明有效解决了现有控制系统的时滞问题，与现有技术相比，本发明使系统的复杂性得以简化，降低了控制系统的成本，提高了控制的跟踪精度，操作简单且容易实现。

技术领域

本发明涉及运动控制领域，具体涉及一种高实时性运动控制系统及方法，该系统及方法特别适用于望远镜卫星指向与跟踪控制。

背景技术

时滞问题是许多控制系统都存在的问题，时滞会降低控制系统的性能甚至影响到系统的稳定性。对于天文望远镜来说，不同的控制系统时滞问题是不一样的。

天文望远镜跟踪天体和人造卫星，对时间的精度要求比较高，以方位轴跟踪时速为4°/s计算，时间误差1ms，则带来方位轴指向跟踪误差为14.4”。随着跟踪速度的变化，因时间误差的存在，本身跟踪精度就会受到很大的影响；另外，两轴编码器实际位置读取的滞后也会严重影响到望远镜的跟踪精度。

当前国内天文望远镜伺服控制系统主要是在windows操作系统上开发的，其硬件架构比较复杂繁琐，主要存在两种形式：一种是在工控机上集成多个PCI卡槽，比如AD/DA卡，编码器采集卡，计数卡，串口卡等；另外一种是采用国外成熟的伺服控制器。

上述的这样硬件架构的系统有如下缺点：(1)计算机定时精度较低，调用各类板卡的函数开发包耗时相对较长，对系统的实时性有一定的影响；(2)板卡或伺服控制器的价格比较昂贵；(3)系统的内部硬件原理图、核心控制算法及其内部参数都不能获取，难以进行后期改进优化，系统的动态性能受到制约；(4)成熟的伺服控制器不一定有高精度的时钟计数器；(5)开发难度比较大，项目周期长。

跟踪过程中实际位置实时获取至关重要，在传统地采用数据采集卡获取的编码器位置，其实时性不佳，原因是调用板卡的开发包函数也需要一定的时间，这个时间可能不固定，另外，数据采集卡兼容性不好，受操作系统的限制，在一定程度上会影响最终的跟踪精度。另外，有些技术方案需要依赖国外的伺服控制器，虽可以实时通过总线获取实时位置，但有一定局限性，不利于产品的开发，价格也是非常昂贵。

目前天文望远镜控制系统时滞问题还没有很好地根本性解决办法，只能通过提高通讯和操作系统的实时性来解决。鉴于此，目前急需提供一种能提高天文望远镜控制系统实时性的硬件架构及其软件实现方法。

发明内容

本发明针对以上问题提供一种简单可靠、成本低及通用性强的高实时性运动控制系统及方法。与现有技术相比，系统的复杂性得以简化，降低了控制系统的成本，操作简单且容易实现。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高实时性运动控制系统，包括ARM模块、FPGA模块、高性能同步接收模块；其中：

所述ARM模块与FPGA模块实时通讯，用于根据制定的通信协议完成预定的运动控制指令；

所述FPGA模块与ARM模块实时通讯，用于实时完成数据的采集以及模拟量或脉冲频率的输出，并实时将数据传递给ARM模块，供ARM模块运算处理；

所述高性能同步接收模块用于提供精确的秒脉冲同步信号，所述秒脉冲同步信号连接ARM模块的通用输入输出端口，所述通用输入输出端口被配置为外部中断口，所述ARM模块接收所述秒脉冲同步信号并以预定的频率和分辨率给上位机反馈控制系统时间，上位机根据反馈时间与自身的基准时间进行比对，直到同步完成。

进一步的，所述外部中断口配置为外部中断上升沿触发。