專利名稱：一種控制系統(tǒng)集成測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)集成測試裝置，尤其涉及一種使用復(fù)雜嵌入式系 統(tǒng)的控制系統(tǒng)集成測試裝置。
背景技術(shù)：
NI (美國國家儀器公司)的工控產(chǎn)品使用實(shí)時操作系統(tǒng)(RT)來進(jìn)行伺服控 制，用戶可以通過Labview編寫相應(yīng)的控制程序。實(shí)時操作系統(tǒng)需要花費(fèi)較多 的時間去維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而降低伺服系統(tǒng)的控制性能(采樣頻率較難提高)， 雖然使用了高性能的處理器作為RT的控制器，但RT對于一些外部設(shè)備的處理 存在缺陷，從而影響了系統(tǒng)采樣頻率的提高。Labview作為通用測試平臺軟件， 為用戶提供了各種方便的測試模塊。由于Labview所具有的通用性，所以限制 了它在某些專業(yè)領(lǐng)域的深入，例如在光刻機(jī)中高速高精的機(jī)電控制相關(guān)的測試。
在嵌入式系統(tǒng)(包括DSP、單片機(jī)和PPC等)的開發(fā)中，由于沒有一種可 視化的調(diào)試界面，所以集成和維護(hù)工作較為困難。
由于開發(fā)環(huán)境和不同系統(tǒng)的個體差異，要開發(fā)一套嵌入式系統(tǒng)通用的集成 測試平臺較為困難。
NI的工控產(chǎn)品，采用通用的外圍設(shè)備接口，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數(shù)字1/0板等等，另外，使用的運(yùn)動控制卡只 能滿足普通電機(jī)的控制，如大部分機(jī)電產(chǎn)品中電機(jī)+編碼器的控制方式，其控制 算法固定，較難擴(kuò)展。
對于類似光刻機(jī)中這種高速高精度的運(yùn)動控制系統(tǒng)，其電機(jī)與傳感器的組 合形式多種多樣，NI通用的外圍接口往往很難滿足要求，所以需要具有高性能 接口的裝置來進(jìn)行控制系統(tǒng)的集成和測試，另外為了保證高性能的控制，對于 運(yùn)動控制卡的控制算法也具有較高的要求，所以控制卡除了需要具有較高的性 能，同時還需要采用開放式的結(jié)構(gòu)，能根據(jù)需求更新控制算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于高性能運(yùn)動控制系統(tǒng)的輔助開發(fā)、集成和 調(diào)試的裝置，通過該裝置可以對類似光刻機(jī)中的高速高精度工作臺進(jìn)行快速控 制原型的開發(fā)以及硬件在環(huán)仿真，同時本裝置還能參與這類工作臺的集成、調(diào) 試以及運(yùn)行過程中的狀態(tài)監(jiān)控，最大程度的保證設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的一致性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)集成測試裝置，該控制系統(tǒng)
集成測試裝置包括控制器、運(yùn)動控制卡、多功能數(shù)字模擬接口板、接線端子、 第一電源模塊、第二電源模塊和主背板。該控制器與該運(yùn)動控制卡相連接；該 多功能數(shù)字模擬接口板與該運(yùn)動控制卡相連接；該多功能數(shù)字模擬接口板和接 線端子之間通過主背板上的現(xiàn)場總線相連接；該第一電源模塊為該多功能數(shù)字 模擬接口和接線端子提供電源；該第二電源模塊為該控制器和運(yùn)動控制卡提供 電源。
該控制器可以使用PPC。該控制器上可以有VME接口和網(wǎng)口 ，該VME接 口連接該運(yùn)動控制卡。該運(yùn)動控制卡上可以有高速串行通訊口 (HSSL)和RS485接口。
該控制系統(tǒng)集成測試裝置還可以包括可分離的前置模塊。該可分離的前置 模塊包括副多功能數(shù)字模擬接口板、副接線端子、副電源模塊和副背板。該 副多功能數(shù)字模擬接口板與該運(yùn)動控制卡相連接；該多功能數(shù)字模擬接口和副 接線端子之間通過副背板上的現(xiàn)場總線相連接。
該控制器可以與上一級系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)信息的交互。
該運(yùn)動控制卡可以與外接終端連接，該外接系統(tǒng)可以在該控制器不參與工 作的情況下運(yùn)行軟件實(shí)現(xiàn)對單個運(yùn)動部件的集成調(diào)試和在線維護(hù)。該運(yùn)動控制 卡與外接終端的連接，可以通過串口線，也可以通過網(wǎng)線，還可以通過USB信 號線。
該控制系統(tǒng)集成測試裝置配置了可視化界面。
該控制系統(tǒng)集成測試裝置配置了數(shù)學(xué)計(jì)算模塊，能夠進(jìn)行信號處理，該信 號處理可以包括頻譜分析、功率譜分析、相關(guān)度分析、伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析。
該控制系統(tǒng)集成測試裝置配置了控制算法單元，該控制算法可以包括PID 控制(比例微分積分控制)、低通濾波、陷波濾波、超前滯后濾波。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)集成測試裝置使用復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的集成，可以方便擴(kuò) 展系統(tǒng)的功能，利用可視化界面輔助進(jìn)行系統(tǒng)的集成工作。本裝置可實(shí)現(xiàn)多軸 的運(yùn)動控制功能，并且根據(jù)需要還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，滿足更多軸的需要。根據(jù)
系統(tǒng)的特點(diǎn)，對于多軸控制，本裝置可達(dá)到2.5kHz以上的采樣頻率，而對于單 軸控制，那么采樣頻率能達(dá)到10kHz。對于目標(biāo)對象，本裝置能與主系統(tǒng)進(jìn)行同 時控制，利用備用通道方便的進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷、參數(shù)標(biāo)定和維護(hù)工作。根 據(jù)數(shù)字化的被控對象模型，可對系統(tǒng)進(jìn)行各種極限情況下的仿真測試。


圖1為控制系統(tǒng)集成測試裝置外形圖2為可拆分的前置;f莫塊外形圖3為控制系統(tǒng)集成測試裝置軟件平臺結(jié)構(gòu)圖4為控制系統(tǒng)集成測試裝置新組件的開發(fā)流程附圖中1、控制器；2、高速串行通訊口； 3、運(yùn)動控制卡；4、 RS485接 口； 5、多功能數(shù)字模擬接口板；5'、副多功能數(shù)字模擬接口板；6、接線端子； 6，、副接線端子；7、第一電源模塊；7，、副電源模塊；8、第二電源模塊；9、 主背板；10、副背板；11、 VME接口； 12、外接終端；13、串口線；14、網(wǎng)口； 15、上一級系統(tǒng)；16、處理器內(nèi)核；17、命令執(zhí)行器；18、命令隊(duì)列；19、信 息交互外殼；20、外部通訊；21、命令行的輸入方式；22、運(yùn)行狀態(tài)信息的顯 示口； 23、圖形化交互界面；24、功能模塊組件；25、系統(tǒng)進(jìn)行封裝；26、用 戶的集成測試需求和目標(biāo)對象的接口需求；27、分析測試算法；28、封裝系統(tǒng) 的命令接口； 29、設(shè)計(jì)測試流程；30、組件掛接；31、新命令的操作；32、新 的測試功能。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說明。 圖1示出了控制系統(tǒng)集成測試裝置外形圖，它主要由六個部分組成，分別 是控制器1 (目前使用PPC)、運(yùn)動控制卡3 (MC)、多功能數(shù)字模擬接口板5 (MIO)、接線端子6、第一電源模塊7和第二電源模塊8以及主背板9。其中，控制器l有兩個主要接口，分別是VME接口 ll和網(wǎng)口 14。運(yùn)動控制卡3也有 兩個主要接口，分別是高速串行通訊口 2(HSSL)和RS485接口 4?？刂破?和運(yùn) 動控制卡3之間可以通過VME接口 ll進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。多功能數(shù)字模擬接口板 5有一個主要接口2，能與運(yùn)動控制卡3之間進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)通訊。多功能數(shù)字 模擬接口板5、接線端子6、第一電源模塊7之間通過主背板9上面的現(xiàn)場總線 連接，從而可以將外部設(shè)備的各類信號接入裝置，第一電源模塊7能夠給多功 能數(shù)字模擬接口板5和接線端子6提供需要的電源。第二電源模塊8只用于給 控制器1和運(yùn)動控制卡3提供相應(yīng)的電源。
圖2示出了可拆分的前置模塊外形圖，它只由四個部分組成，分別是相 同的副多功能數(shù)字模擬接口板5，、副接線端子6'、副電源模塊7，和副背板10。 前置模塊自成一個小系統(tǒng)，能獨(dú)立工作，可放置在工作現(xiàn)場，并通過高速光纖 與100米外主機(jī)上的運(yùn)動控制卡3進(jìn)行高速通訊。
本裝置主要有兩大功能，既可作為產(chǎn)品直接使用，實(shí)現(xiàn)平臺的運(yùn)動控制， 同時還能作為輔助工具，對產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立的集成調(diào)試和現(xiàn)場的在線維護(hù)。
當(dāng)本發(fā)明裝置直接作為產(chǎn)品使用時，控制器1將作為整個運(yùn)動平臺的主處 理器，負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的需求，協(xié)調(diào)整個平臺的運(yùn)動。控制器1不僅需要實(shí)時向 運(yùn)動控制卡3發(fā)出各種指令，同時也可以通過網(wǎng)口 14與上一級系統(tǒng)15進(jìn)行任 務(wù)信息的交互。
當(dāng)本發(fā)明裝置用于系統(tǒng)的集成調(diào)試和現(xiàn)場維護(hù)時，控制器1可以不參與工 作，只有運(yùn)動控制卡3與調(diào)試人員的外接終端12通過串口線13 (也可以根據(jù)接 口的特性使用網(wǎng)線或者USB信號線)進(jìn)行連接。在外接終端12上面運(yùn)行本裝 置平臺軟件，就可以實(shí)現(xiàn)對整個子系統(tǒng)單個運(yùn)動部件的集成調(diào)試和在線維護(hù)， 另外，平臺軟件可自動生成仿真模型的代碼，并通過外接終端12下載到運(yùn)動控 制卡3中運(yùn)行，從而能夠直接通過本裝置進(jìn)行硬件在環(huán)仿真。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際 情況，本發(fā)明裝置還能分離成兩個獨(dú)立的模塊，使維護(hù)人員能夠在較為安全的 距離對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。
本發(fā)明裝置的整個軟件架構(gòu)采用一種開發(fā)式的設(shè)計(jì)方式，從外接終端12中 的調(diào)試軟件到控制器1中的系統(tǒng)運(yùn)行軟件再到運(yùn)動控制卡3中的控制固件，用 戶都可以根據(jù)需要進(jìn)行定制。
圖3示出了控制系統(tǒng)集成測試裝置軟件平臺結(jié)構(gòu)圖，為本裝置的開放式軟 件平臺，主要由三個部分組成，分別是用戶接口層、軟件內(nèi)核以及功能模塊組件。
用戶接口主要是負(fù)責(zé)處理用戶的各類輸入命令以及測試需求，其中21是命 令行的輸入方式，23是用于集成測試的各類圖形化交互界面，22是運(yùn)行狀態(tài)信 息的顯示口。
軟件內(nèi)核為裝置軟件平臺的處理器，它負(fù)責(zé)處理平臺的一些通用功能，信 息交互外殼19負(fù)責(zé)處理用戶命令的輸入輸出信息，命令隊(duì)列18負(fù)責(zé)進(jìn)行命令 的排隊(duì)處理，命令執(zhí)行器17負(fù)責(zé)將命令隊(duì)列18中的每條命令按順序執(zhí)行，外 部通訊20負(fù)責(zé)與運(yùn)動控制卡進(jìn)行通訊，處理器內(nèi)核16負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)命令執(zhí)行器17、 命令隊(duì)列18、信息交互外殼19、外部通訊20之間的執(zhí)行順序以及數(shù)據(jù)的交互；
功能模塊組件24是針對不同系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的基本功能組合，它可以針對不同 的系統(tǒng)25進(jìn)行封裝，然后與裝置的平臺軟件掛接，從而生成新的系統(tǒng)集成測試 的各類用戶功能。具體操作步驟如下
圖4示出了控制系統(tǒng)集成測試裝置新組件的開發(fā)流程圖，首先獲取用戶的 集成測試需求和目標(biāo)對象的接口需求26;根據(jù)用戶需求，分兩個步驟同時開發(fā) 新的組件，即分析測試算法27和封裝系統(tǒng)的命令接口 28;根據(jù)分析測試算法 27的要求，設(shè)計(jì)測試流程29,即完成測試所需要的所有計(jì)算過程和系統(tǒng)的操作 流程；根據(jù)平臺軟件接口要求，完成封裝系統(tǒng)的命令接口 28后，就可以將新的 組件掛接30到裝置軟件中；組件掛接完成后，就可.以在命令行的輸入方式21 中，進(jìn)行新命令的操作31;最后，將測試流程29和組件掛接30結(jié)合在一起， 就可以生成新的測試功能32。
權(quán)利要求
1、一種控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于包括控制器；運(yùn)動控制卡；多功能數(shù)字模擬接口板；接線端子；第一電源模塊；第二電源模塊；和主背板；所述控制器與所述運(yùn)動控制卡相連接；所述多功能數(shù)字模擬接口板與所述運(yùn)動控制卡相連接；所述多功能數(shù)字模擬接口板和接線端子之間通過主背板上的現(xiàn)場總線相連接；所述第一電源模塊為所述多功能數(shù)字模擬接口和接線端子提供電源；所述第二電源模塊為所述控制器和運(yùn)動控制卡提供電源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控制 器可以4吏用PPC。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控制 器上可以有VME接口和網(wǎng)口 ，所述VME接口連接所述運(yùn)動控制卡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述運(yùn)動 控制卡上可以有高速串行通訊口 ( HSSL )和RS485接口 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控制 系統(tǒng)集成測試裝置還可以包括可分離的前置模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述可分 離的前置模塊包括副多功能數(shù)字模擬接口板； 副接線端子； 副電源模塊；和 副背板；所述副多功能數(shù)字模擬接口板與所述運(yùn)動控制卡相連接；所述多功能數(shù)字 模擬接口和副接線端子之間通過副背板上的現(xiàn)場總線相連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控制 器可以與上一級系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)信息的交互。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述運(yùn)動 控制卡可以與外接終端連接，所述外接系統(tǒng)可以在所述控制器不參與工作的情 況下運(yùn)行軟件實(shí)現(xiàn)對單個運(yùn)動部件的集成調(diào)試和在線維護(hù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述運(yùn)動 控制卡與外接終端的連接，可以通過串口線，也可以通過網(wǎng)線，還可以通過USB 信號線。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控 制系統(tǒng)集成測試裝置配置了可視化界面。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控 制系統(tǒng)集成測試裝置配置了數(shù)學(xué)計(jì)算模塊，能夠進(jìn)行信號處理，所述信號處理 可以包括頻i普分析、功率譜分析、相關(guān)度分析、伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)分析。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)集成測試裝置，其特征在于所述控 制系統(tǒng)集成測試裝置配置了控制算法單元，所述控制算法可以包括PID控制、 低通濾波、陷波濾波、超前滯后濾波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制系統(tǒng)集成測試裝置，該裝置使用復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)集成，可方便擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，利用可視化界面輔助進(jìn)行系統(tǒng)的集成工作。并且能夠?qū)崿F(xiàn)多軸運(yùn)動控制、高性能運(yùn)動控制、現(xiàn)場維護(hù)和硬件在環(huán)仿真。
文檔編號G05B23/02GK101169659SQ20071017120
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者銳 陳 申請人:上海微電子裝備有限公司