專利名稱：新型伺服控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及伺服控制器，應(yīng)用于汽車、航天、材料試驗(yàn)以及運(yùn)動(dòng)模擬行業(yè)，通過對(duì) 液壓設(shè)備的控制和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的仿真和模擬。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)同類技術(shù)一般釆用PCI接口控制卡，通過把PCI接口控制卡插入到計(jì)算機(jī)，通 過PCI接口與其他的信號(hào)調(diào)理模塊通訊，達(dá)到控制和監(jiān)控的目的。但是這種方式存在很多缺
點(diǎn)，比如安裝麻煩，價(jià)格昂貴，尤其是受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展 性差，此種方式一般采用電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，安裝比較麻煩，并且當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，信號(hào) 存在衰減的情況，抗干擾能力差。
實(shí)用新型內(nèi)容
鑒于上述，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型伺服控制器，它充分利用先進(jìn)的數(shù)字控制 技術(shù)和穩(wěn)定快速的光纜進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸，通過模塊化設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力、 可擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性，并且提高了二次開發(fā)的接口。
為此，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案
一種新型伺服控制器，包括中心處理集線器和節(jié)點(diǎn)盒，其中-
所述中心處理集線器采用分布式I/0和星型結(jié)構(gòu)，用光纜與各節(jié)點(diǎn)盒連接，通過通訊實(shí) 現(xiàn)中心處理集線器與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的交互。 進(jìn)一步地
所述光纜為Hybrid光纜，采用IP65的工業(yè)接頭，該光纜由兩根光纖和四根電纜組成，兩 根光纖負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的傳輸，兩根電纜負(fù)責(zé)給節(jié)點(diǎn)盒提供運(yùn)行所需的直流電源，另兩根電纜 負(fù)責(zé)傳送環(huán)路檢測(cè)信號(hào)。
所述中心處理集線器包括數(shù)字信號(hào)處理芯片板、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板、 電源板、USB接口、電源接口、光纜接口、光纜接頭、數(shù)字I/0口，其中數(shù)字信號(hào)處 理芯片板裝有DSP芯片，USB接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片板的數(shù)據(jù)口連接；光纜接頭與光 纜接口連接；電源接口、光纜接口與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板連接；現(xiàn)場(chǎng)可編程 門陣列芯片接口板與數(shù)字信號(hào)處理芯片板連接；數(shù)字I/O 口與UPS連接，用來監(jiān)控UPS 的工作狀態(tài)。
所述節(jié)點(diǎn)盒由DSP/FPGA板、母板、若干信號(hào)調(diào)理模塊以及光纜接頭組成，其中 各信號(hào)調(diào)理模塊連接到母板上；母板與DSP/FPGA板連接；光纜接頭通過扁平電纜與 DSP/FPGA板進(jìn)行連接；外部的信號(hào)通過電纜穿過電纜走線孔連接到各信號(hào)調(diào)理模塊上。
本實(shí)用新型的有益效果是充分利用先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)和穩(wěn)定快速的光纜進(jìn)行 數(shù)字信號(hào)傳輸，通過模塊化設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力、可擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性，并且提高了二次開發(fā)的接口，它還可通過使用USB接口連接到臺(tái)式計(jì)算機(jī)或筆記本上。

圖1為本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成圖； 圖2為集線器器內(nèi)部組成圖； 圖3為節(jié)點(diǎn)盒側(cè)視圖； 圖4為節(jié)點(diǎn)盒工作原理示意圖； 圖5為模塊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為兩種模塊連接示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型為一種伺服控制器，主要由中心處理集線器和節(jié)點(diǎn)盒組成。請(qǐng)參閱圖1， 中心處理集線器3采用分布式1/0和星型結(jié)構(gòu)，用光纜2與各節(jié)點(diǎn)盒6連接，通過光 纜通訊實(shí)現(xiàn)中心處理集線器與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的交互。中心處理集線器可以同時(shí)處理16個(gè)節(jié) 點(diǎn)，如果需要，還可以擴(kuò)展到更多的節(jié)點(diǎn)，5為可擴(kuò)展模擬l/0口。中心處理集線器帶 有一個(gè)功能強(qiáng)大的DSP (數(shù)字信號(hào)處理芯片)，通過USB (通用串行總殘)總線連接到 PC機(jī)1上。圖中4為能源控制盒。
請(qǐng)參閱圖2，中心處理集線器由350W的DC24V工業(yè)級(jí)電源、DSP板(數(shù)字信號(hào)處 理芯片板)、FPGA I/O板(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板)、光纜接口、光纜接頭、 電源板、電源接口、數(shù)字I/O 口以及USB2.0接口組成。其中
DSP板裝有DSP芯片，采用TI 200MHZ的TMS320C6713浮點(diǎn)型處理器，最高運(yùn)算速 度達(dá)到1350MIPS。同時(shí)使用CPRESS公司的CY7C68013 USB2. 0協(xié)議芯片，為DSP系 統(tǒng)搭建起高速數(shù)據(jù)通路。USB接口與DSP板的數(shù)據(jù)口連接。光纜接頭與光纜接口連接。 電源接口、光纜接口與FPGA 1/0板連接。FPGA 1/0板與數(shù)字信號(hào)處理芯片板連接。數(shù) 字I/O 口與UPS連接，用來監(jiān)控UPS的工作狀態(tài)。
DSP程序和FPGA程序每次從PC進(jìn)行加載，所以易于程序升級(jí)。DSP板通過環(huán)路檢 測(cè)信號(hào)來檢測(cè)所有連接的節(jié)點(diǎn)是否連接和工作正常。
上述光纜為Hybrid光纜，采用IP65的工業(yè)接頭。該光纜由兩根光纖和四根電纜組成，兩 根光纖負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的傳輸，兩根電纜負(fù)責(zé)給節(jié)點(diǎn)盒提供運(yùn)行所需的24V直流電源，另兩根 電纜負(fù)責(zé)傳送環(huán)路檢測(cè)信號(hào)。
請(qǐng)參閱圖3，節(jié)點(diǎn)盒由DSP/FPGA板、母板、各種調(diào)理模塊以及光纜接頭組成，各 種信號(hào)調(diào)理模塊通過連接器連接到母板上，然后母板再與DSP/FPGA板連接，光纜接頭 通過扁平電纜與DSP/FPGA板進(jìn)行連接。外部的信號(hào)通過電纜穿過電纜走線孔連接各個(gè) 信號(hào)調(diào)理模塊上。其中DSP/FPGA板采用TI公司TMS320VC5402定點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器 作為主處理器，并采用FPGA作為協(xié)處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì) 象的局部閉環(huán)控制，并對(duì)已接收和將發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。節(jié)點(diǎn)盒固定在作動(dòng)器上，采用IP65的工業(yè)接頭，以防止在作動(dòng)器的振動(dòng)過程中， 連接到上面的光纜松動(dòng)。'節(jié)點(diǎn)盒中通過配置不同的信號(hào)調(diào)理模塊，可以處理位移、力、 加速度、溫度、壓力等物理量，通過伺服閥驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)作動(dòng)器作精確控制。
信號(hào)調(diào)理模塊主要通過對(duì)信號(hào)的放大、濾波，然后通過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，通過FPGA中的數(shù)據(jù)移入移出模塊，把數(shù)據(jù)讀入到FPGA的RAM中，或 者把數(shù)據(jù)輸出給信號(hào)輸出模塊，通過D/A轉(zhuǎn)渙器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)控制對(duì)象的控制，DSP主要負(fù)責(zé)對(duì)FPGA芯片的初始化配置和數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理及運(yùn)算， 然后通過FPGA中的數(shù)據(jù)包接收和發(fā)送模塊通過光纜收發(fā)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。
此外，節(jié)點(diǎn)盒中的母板上有六個(gè)插槽，可以用來放置各種信號(hào)調(diào)理模塊，并且每 個(gè)插槽可以插兩個(gè)模塊，兩個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊通過連接器連在一起，然后插入到插槽中。 圖5為這兩種模塊的示意圖。模塊A與模塊B主要的區(qū)別是使用的連接器不同，模塊 A的連接器為插頭，模塊B的連接器為插座形式，所以一般為模塊A和模塊B同時(shí)使 用，模塊A也可以單獨(dú)使用，但模塊B不能單獨(dú)使用。
類型A可以單獨(dú)使用，例如伺服驅(qū)動(dòng)模塊。其他模塊將需要類型A和類型B — 起使用。圖6為類型A和類型B兩種模塊疊置連接在一起的示意圖。
本實(shí)用新型伺服控制器系統(tǒng)通過中央集線器中的D S P芯片以及軟件對(duì)通過節(jié)點(diǎn) 盒采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，然后通過FPGA接口板上把運(yùn)算結(jié)果通過光 纜傳送到各個(gè)節(jié)點(diǎn)盒，由信號(hào)調(diào)理模塊把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象 的控制。FPGA芯片作為協(xié)處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并且有自己的B AM進(jìn)行數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)，并且通過E DMA進(jìn)行F PGA與D S P之間的數(shù)據(jù)傳輸。FPGA同時(shí)控制 P C與D S P之間通過U S B進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
本實(shí)用新型可以達(dá)到以下表格中所附指標(biāo):
最大通道數(shù)16
最大工作頻率5 kHz
最大控制激勵(lì)頻率4. 096 kHz, —般1. 024 kHz或2. 098 kHz
控制激勵(lì)頻率范圍從100 Hz到5 kHz (從102. 4 Hz到4. 096 KHz)
伺服控制分辨率16位I/O和32位浮點(diǎn)型計(jì)算
控制算法類型PID,模式，自適應(yīng)，需要時(shí)可以加入其它算法 不同的控制算法可以同時(shí)應(yīng)用到不同的通道
控制參數(shù)力、位移、速度、加速度或其他外部輸入信號(hào)
本實(shí)用新型采用模塊化設(shè)計(jì)，可滿足多任務(wù)、高精度和高性能的應(yīng)用要求，它通 過力、位移、速度等反饋實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制?？刂茖?duì)象可以為液壓作動(dòng)器、電動(dòng)作 動(dòng)器以及其他機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求1. 一種新型伺服控制器，其特征在于包括中心處理集線器和節(jié)點(diǎn)盒，其中所述中心處理集線器采用分布式I/O和星型結(jié)構(gòu)，用光纜與各節(jié)點(diǎn)盒連接，通過通訊實(shí)現(xiàn)中心處理集線器與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的交互。
2. 如權(quán)利要求l所述的新型伺服控制器，其特征在于-所述光纜為Hybrid光纜，采用IP65的工業(yè)接頭，該光纜由兩根光纖和四根電纜組成，兩 根光纖負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的傳輸，兩根電纜負(fù)責(zé)給節(jié)點(diǎn)盒提供運(yùn)行所需的直流電源，另兩根電 纜負(fù)責(zé)傳送環(huán)路檢測(cè)信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求l所述的新型伺服控制器，其特征在于所述中心處理集線器包括數(shù)字信號(hào)處理芯片板、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板、 電源板、USB接口、電源接口、光纜接口、光纜接頭、數(shù)字I/0口，其中數(shù)字信號(hào)處理芯片板裝有DSP芯片，USB接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片板的數(shù)據(jù)口連接；光纜接頭與光纜接口連接；電源接口、光纜接口與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板連接； 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板與數(shù)字信號(hào)處理芯片板連接； 數(shù)字I/0口與UPS連接，用來監(jiān)控UPS的工作狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的新型伺服控制器，其特征在于 所述節(jié)點(diǎn)盒由DSP/FPGA板、母板、若干信號(hào)調(diào)理模塊以及光纜接頭組成，其中 各信號(hào)調(diào)理模塊連接到母板上；母板與DSP/FPGA板連接；光纜接頭通過扁平電纜與DSP/FPGA板進(jìn)行連接； 外部的信號(hào)通過電纜穿過電纜走線孔連接到各信號(hào)調(diào)理模塊上。
5. 如權(quán)利要求4所述的新型伺服控制器，其特征在于 所述母板上設(shè)有6個(gè)用于連接所述信號(hào)調(diào)理模塊的插槽。
6. 如權(quán)利要求5所述的新型伺服控制器，其特征在于-所述每個(gè)插槽中可插入兩個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊，兩個(gè)信號(hào)調(diào)理模塊通過連接器連在一 起，然后插入到插槽中。
7. 如權(quán)利要求4所述的新型伺服控制器，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)盒的DSP/FPGA板采用TMS320VC5402定點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器作為主處理 器，采用FPGA作為協(xié)處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的局部閉環(huán) 控制，并對(duì)已接收和將發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型伺服控制器，包括中心處理集線器和節(jié)點(diǎn)盒，其中中心處理集線器包括數(shù)字信號(hào)處理芯片板、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片接口板、電源板、USB接口、電源接口、光纜接口、光纜接頭、數(shù)字I/O口，節(jié)點(diǎn)盒由DSP/FPGA板、母板、若干信號(hào)調(diào)理模塊以及光纜接頭組成。中心處理集線器采用分布式I/O和星型結(jié)構(gòu)，用光纜與各節(jié)點(diǎn)盒連接，通過通訊實(shí)現(xiàn)中心處理集線器與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的交互。本實(shí)用新型采用模塊化設(shè)計(jì)，可滿足多任務(wù)、高精度和高性能的應(yīng)用要求，它通過力、位移、速度等反饋實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制?？刂茖?duì)象可以為液壓作動(dòng)器、電動(dòng)作動(dòng)器以及其他機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)G05B19/414GK201259628SQ20082011028
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
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