[发明专利]一种转台控制系统高速数据融合与处理系统及方法

摘要

本发明提供一种转台控制系统高速数据融合与处理系统及方法，其所述的上位计算机包括上位工控机，与上位工控机连接的光电隔离I/O模块和高速串口；该光电隔离I/O模块还与逻辑切换电路连接；所述的下位计算机包括下位工控机，与下位工控机连接的高速串口、DA输出卡、角度计数卡；该下位计算机的高速串口与上位计算机的高速串口相连，通过高速串行接口进行数据通讯；DA输出卡还与逻辑切换电路连接。本发明在转台控制系统中，采用高速串口通讯方式，将上下位机交互的大量高速数据进行融合与处理，巧妙地设计了数据结构及传送机制，上下行数据通道彼此独立，互不干涉，数据解算准确合理，已在多台转台系统上得到实际验证。

主权项

一种转台控制系统高速数据融合与处理方法，其特征在于：该方法采用系统包括上位计算机、下位计算机、逻辑切换电路；所述的上位计算机包括上位工控机，与上位工控机连接的光电隔离I/O模块和高速串口；该光电隔离I/O模块还与逻辑切换电路连接；所述的下位计算机包括下位工控机，与下位工控机连接的高速串口、DA输出卡、角度计数卡；该下位计算机的高速串口与上位计算机的高速串口相连，通过高速串行接口进行数据通讯；DA输出卡还与逻辑切换电路连接；所述的逻辑切换电路还同时连接若干个线性功率放大器，每个线性功率放大器一一对应连接一个驱动电机及光电码盘；每个光电码盘均连接下位计算机的角度计数卡；上位计算机的上位工控机通过高速串口在线向下位工控机发出控制指令和接收获取数据；为用户提供友好的操作接口，实现对转台进行操作控制；下位计算机的下位工控机根据上位工控机发出的控制指令，通过角度计数卡采集光电码盘反馈过来的实时位置数据并计算出指令控制量，再通过DA输出卡转换为模拟量控制电压，该电压加输入到驱动电机从而驱动电机工作；逻辑切换电路用来实现逻辑控制信号的切换和强电的切入；上位计算机通过光电隔离I/O卡实现逻辑信号的切换和状态信号的采集；上位计算机和下位计算机之间通过两个高速串行接口进行数据通讯；所述的上位计算机和下位计算机之间通过两个高速串行接口进行数据通讯，数据包括上行数据和下行数据两部分；其中，下行数据为上位计算机向下位计算机发送的数据内容，包含转台外框、中框和内框三个框架的回零指令、走位指令、速率指令信息；上行数据为下位计算机向上位计算机反馈的数据内容，包含转台外框、中框和内框三个框架的角位置数据、角速度数据、角加速度数据及状态检测信息；上位计算机采用windowsXP系统，并为人机交互界面；在上位计算机运行的人机界面程序中，角位置数据及角速度数据以1ms的更新速率实时更新；下位计算机采用DOS系统；下位计算机响应上位计算机发出的各种指令，在每个控制周期内1ms采集光电码盘反馈的角度编码值，计算出指令控制量，实现对转台外框、中框和内框的实时伺服控制；所述的上位计算机和下位计算机之间通过两个高速串行接口进行数据通讯，该数据为双精度浮点型数据；下位计算机工作时，发送上行数据时将双精度浮点数据转换为长整型数据按照二进制发送，接收下行数据时将收到的二进制数解算成长整型数据，再转换成双精度浮点数使用；下位计算机工作时，上行角位置数据定义格式如下表1至表4所示：表1上行发送数据结构体定义格式表2上行发送数据公用体定义格式表3上行接收数据结构体定义格式表4上行接收数据公用体定义格式在发送数据时：如果需要使用二进制字节型数据，调用上行发送数据公用体(HSendCommand_Union)的成员变量字节24个(buf[24])；如果需要使用双精度浮点数据时，调用上行发送数据公用体(HSendCommand_Union)的成员变量反馈数据(Fbk_data)的成员变量外框偏航数据(Yaw_data)、中框俯仰数据(Pitch_data)、内框滚转数据(Roll_data)的任意一个，不需要进行任何的数据转换过程；接受数据时过程同上；上位计算机接收到下位计算机传送的高速数据时，需要将其中的角位置数据、角速度数据及角加速度数据进行实时显示和数据存储；上位机程序运行在windows非实时系统下；采用带有数据缓冲功能的高速串行接口，利用数据缓冲功能，将下位计算机按照1ms周期发送的数据进行数据缓冲，通常以1000个周期为基准，即在上位计算机中按照1s周期进行定时采集，上位计算机1s定时采集到的高速数据下位机1000个周期的数据，需要将前后两个1s周期的数据进行数据拼接，拼接采用软件编程实现，按照数据迭代方式进行实时更新，保证前后周期的数据首尾衔接，及时有效；上位计算机中的人机交互程序采用VB语言编程；采用VB环境下的数据解算机制；通过调用VB函数库中CopyMemory功能函数，将协议内容中浮点数类型按照内存复制的方式整体进行数值转换，在VB编译环境下定义联合体变量如下表5和表6所示：表5下行发送数据公用体定义格式表6下行接收数据公用体定义格式定义sendbuf[24]为字节型变量；调用CopyMemory UNIONSEND sendbuf 24即可实现双精度浮点数转换为二进制数。