CN101169659A

CN101169659A - 一种控制系统集成测试装置

Info

Publication number: CN101169659A
Application number: CNA2007101712060A
Authority: CN
Inventors: 陈锐
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-04-30

Abstract

本发明公开了一种控制系统集成测试装置，该装置使用复杂嵌入式系统集成，可方便扩展系统的功能，利用可视化界面辅助进行系统的集成工作。并且能够实现多轴运动控制、高性能运动控制、现场维护和硬件在环仿真。

Description

一种控制系统集成测试装置

技术领域

本发明涉及一种控制系统集成测试装置，尤其涉及一种使用复杂嵌入式系统的控制系统集成测试装置。

背景技术

NI(美国国家仪器公司)的工控产品使用实时操作系统(RT)来进行伺服控制，用户可以通过Labview编写相应的控制程序。实时操作系统需要花费较多的时间去维护系统的运行，从而降低伺服系统的控制性能(采样频率较难提高)，虽然使用了高性能的处理器作为RT的控制器，但RT对于一些外部设备的处理存在缺陷，从而影响了系统采样频率的提高。Labview作为通用测试平台软件，为用户提供了各种方便的测试模块。由于Labview所具有的通用性，所以限制了它在某些专业领域的深入，例如在光刻机中高速高精的机电控制相关的测试。

在嵌入式系统(包括DSP、单片机和PPC等)的开发中，由于没有一种可视化的调试界面，所以集成和维护工作较为困难。

由于开发环境和不同系统的个体差异，要开发一套嵌入式系统通用的集成测试平台较为困难。

NI的工控产品，采用通用的外围设备接口，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数字I/O板等等，另外，使用的运动控制卡只能满足普通电机的控制，如大部分机电产品中电机+编码器的控制方式，其控制算法固定，较难扩展。

对于类似光刻机中这种高速高精度的运动控制系统，其电机与传感器的组合形式多种多样，NI通用的外围接口往往很难满足要求，所以需要具有高性能接口的装置来进行控制系统的集成和测试，另外为了保证高性能的控制，对于运动控制卡的控制算法也具有较高的要求，所以控制卡除了需要具有较高的性能，同时还需要采用开放式的结构，能根据需求更新控制算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高性能运动控制系统的辅助开发、集成和调试的装置，通过该装置可以对类似光刻机中的高速高精度工作台进行快速控制原型的开发以及硬件在环仿真，同时本装置还能参与这类工作台的集成、调试以及运行过程中的状态监控，最大程度的保证设计与实现的一致性。

为了达到上述目的，本发明提供一种控制系统集成测试装置，该控制系统集成测试装置包括：控制器、运动控制卡、多功能数字模拟接口板、接线端子、第一电源模块、第二电源模块和主背板。该控制器与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口板与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口板和接线端子之间通过主背板上的现场总线相连接；该第一电源模块为该多功能数字模拟接口和接线端子提供电源；该第二电源模块为该控制器和运动控制卡提供电源。

该控制器可以使用PPC。该控制器上可以有VME接口和网口，该VME接口连接该运动控制卡。该运动控制卡上可以有高速串行通讯口(HSSL)和RS485接口。

该控制系统集成测试装置还可以包括可分离的前置模块。该可分离的前置模块包括：副多功能数字模拟接口板、副接线端子、副电源模块和副背板。该副多功能数字模拟接口板与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口和副接线端子之间通过副背板上的现场总线相连接。

该控制器可以与上一级系统进行任务信息的交互。

该运动控制卡可以与外接终端连接，该外接系统可以在该控制器不参与工作的情况下运行软件实现对单个运动部件的集成调试和在线维护。该运动控制卡与外接终端的连接，可以通过串口线，也可以通过网线，还可以通过USB信号线。

该控制系统集成测试装置配置了可视化界面。

该控制系统集成测试装置配置了数学计算模块，能够进行信号处理，该信号处理可以包括频谱分析、功率谱分析、相关度分析、伺服系统传递函数分析。

该控制系统集成测试装置配置了控制算法单元，该控制算法可以包括PID控制(比例微分积分控制)、低通滤波、陷波滤波、超前滞后滤波。

本发明的控制系统集成测试装置使用复杂嵌入式系统的集成，可以方便扩展系统的功能，利用可视化界面辅助进行系统的集成工作。本装置可实现多轴的运动控制功能，并且根据需要还可以进一步扩展，满足更多轴的需要。根据系统的特点，对于多轴控制，本装置可达到2.5kHz以上的采样频率，而对于单轴控制，那么采样频率能达到10kHz。对于目标对象，本装置能与主系统进行同时控制，利用备用通道方便的进行系统的故障诊断、参数标定和维护工作。根据数字化的被控对象模型，可对系统进行各种极限情况下的仿真测试。

附图说明

图1为控制系统集成测试装置外形图；

图2为可拆分的前置模块外形图；

图3为控制系统集成测试装置软件平台结构图；

图4为控制系统集成测试装置新组件的开发流程图；

附图中：1、控制器；2、高速串行通讯口；3、运动控制卡；4、RS485接口；5、多功能数字模拟接口板；5’、副多功能数字模拟接口板；6、接线端子；6’、副接线端子；7、第一电源模块；7’、副电源模块；8、第二电源模块；9、主背板；10、副背板；11、VME接口；12、外接终端；13、串口线；14、网口；15、上一级系统；16、处理器内核；17、命令执行器；18、命令队列；19、信息交互外壳；20、外部通讯；21、命令行的输入方式；22、运行状态信息的显示口；23、图形化交互界面；24、功能模块组件；25、系统进行封装；26、用户的集成测试需求和目标对象的接口需求；27、分析测试算法；28、封装系统的命令接口；29、设计测试流程；30、组件挂接；31、新命令的操作；32、新的测试功能。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1示出了控制系统集成测试装置外形图，它主要由六个部分组成，分别是：控制器1(目前使用PPC)、运动控制卡3(MC)、多功能数字模拟接口板5(MIO)、接线端子6、第一电源模块7和第二电源模块8以及主背板9。其中，控制器1有两个主要接口，分别是VME接口11和网口14。运动控制卡3也有两个主要接口，分别是高速串行通讯口2(HSSL)和RS485接口4。控制器1和运动控制卡3之间可以通过VME接口11进行数据通讯。多功能数字模拟接口板5有一个主要接口2，能与运动控制卡3之间进行高速的数据通讯。多功能数字模拟接口板5、接线端子6、第一电源模块7之间通过主背板9上面的现场总线连接，从而可以将外部设备的各类信号接入装置，第一电源模块7能够给多功能数字模拟接口板5和接线端子6提供需要的电源。第二电源模块8只用于给控制器1和运动控制卡3提供相应的电源。

图2示出了可拆分的前置模块外形图，它只由四个部分组成，分别是：相同的副多功能数字模拟接口板5’、副接线端子6’、副电源模块7’和副背板10。前置模块自成一个小系统，能独立工作，可放置在工作现场，并通过高速光纤与100米外主机上的运动控制卡3进行高速通讯。

本装置主要有两大功能，既可作为产品直接使用，实现平台的运动控制，同时还能作为辅助工具，对产品进行独立的集成调试和现场的在线维护。

当本发明装置直接作为产品使用时，控制器1将作为整个运动平台的主处理器，负责根据用户的需求，协调整个平台的运动。控制器1不仅需要实时向运动控制卡3发出各种指令，同时也可以通过网口14与上一级系统15进行任务信息的交互。

当本发明装置用于系统的集成调试和现场维护时，控制器1可以不参与工作，只有运动控制卡3与调试人员的外接终端12通过串口线13(也可以根据接口的特性使用网线或者USB信号线)进行连接。在外接终端12上面运行本装置平台软件，就可以实现对整个子系统单个运动部件的集成调试和在线维护，另外，平台软件可自动生成仿真模型的代码，并通过外接终端12下载到运动控制卡3中运行，从而能够直接通过本装置进行硬件在环仿真。根据现场的实际情况，本发明装置还能分离成两个独立的模块，使维护人员能够在较为安全的距离对系统进行维护。

本发明装置的整个软件架构采用一种开发式的设计方式，从外接终端12中的调试软件到控制器1中的系统运行软件再到运动控制卡3中的控制固件，用户都可以根据需要进行定制。

图3示出了控制系统集成测试装置软件平台结构图，为本装置的开放式软件平台，主要由三个部分组成，分别是用户接口层、软件内核以及功能模块组件。

用户接口主要是负责处理用户的各类输入命令以及测试需求，其中21是命令行的输入方式，23是用于集成测试的各类图形化交互界面，22是运行状态信息的显示口。

软件内核为装置软件平台的处理器，它负责处理平台的一些通用功能，信息交互外壳19负责处理用户命令的输入输出信息，命令队列18负责进行命令的排队处理，命令执行器17负责将命令队列18中的每条命令按顺序执行，外部通讯20负责与运动控制卡进行通讯，处理器内核16负责协调命令执行器17、命令队列18、信息交互外壳19、外部通讯20之间的执行顺序以及数据的交互；

功能模块组件24是针对不同系统而设计的基本功能组合，它可以针对不同的系统25进行封装，然后与装置的平台软件挂接，从而生成新的系统集成测试的各类用户功能。具体操作步骤如下：

图4示出了控制系统集成测试装置新组件的开发流程图，首先获取用户的集成测试需求和目标对象的接口需求26；根据用户需求，分两个步骤同时开发新的组件，即分析测试算法27和封装系统的命令接口28；根据分析测试算法27的要求，设计测试流程29，即完成测试所需要的所有计算过程和系统的操作流程；根据平台软件接口要求，完成封装系统的命令接口28后，就可以将新的组件挂接30到装置软件中；组件挂接完成后，就可以在命令行的输入方式21中，进行新命令的操作31；最后，将测试流程29和组件挂接30结合在一起，就可以生成新的测试功能32。

Claims

1.一种控制系统集成测试装置，其特征在于：包括：

控制器；

运动控制卡；

多功能数字模拟接口板；

接线端子；

第一电源模块；

第二电源模块；和

主背板；

所述控制器与所述运动控制卡相连接；所述多功能数字模拟接口板与所述运动控制卡相连接；所述多功能数字模拟接口板和接线端子之间通过主背板上的现场总线相连接；所述第一电源模块为所述多功能数字模拟接口和接线端子提供电源；所述第二电源模块为所述控制器和运动控制卡提供电源。

2.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制器可以使用PPC。

3.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制器上可以有VME接口和网口，所述VME接口连接所述运动控制卡。

4.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述运动控制卡上可以有高速串行通讯口(HSSL)和RS485接口。

5.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制系统集成测试装置还可以包括可分离的前置模块。

6.根据权利要求5所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述可分离的前置模块包括：

副多功能数字模拟接口板；

副接线端子；

副电源模块；和

副背板；

所述副多功能数字模拟接口板与所述运动控制卡相连接；所述多功能数字模拟接口和副接线端子之间通过副背板上的现场总线相连接。

7.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制器可以与上一级系统进行任务信息的交互。

8.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述运动控制卡可以与外接终端连接，所述外接系统可以在所述控制器不参与工作的情况下运行软件实现对单个运动部件的集成调试和在线维护。

9.根据权利要求8所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述运动控制卡与外接终端的连接，可以通过串口线，也可以通过网线，还可以通过USB信号线。

10.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制系统集成测试装置配置了可视化界面。

11.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制系统集成测试装置配置了数学计算模块，能够进行信号处理，所述信号处理可以包括频谱分析、功率谱分析、相关度分析、伺服系统传递函数分析。

12.根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于：所述控制系统集成测试装置配置了控制算法单元，所述控制算法可以包括PID控制、低通滤波、陷波滤波、超前滞后滤波。