CN202058011U - 一种基于pxi总线的多轴向多点振动控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PXI总线的多轴振动控制器，其特征在于：包括为系统提供通讯平台及供电的PXI总线机箱、嵌入式计算机、4通道数据采集输入模块、用于输出各种优质模拟信号的4通道模拟信号输出模块；供电的PXI总线机箱给整个控制器供电，4通道数据采集输入模块和4通道模拟信号输出模块分别与嵌入式计算机连接，通讯平台连接嵌入式计算机；嵌入式计算机用于数据处理分析、数据运算、存储，4通道数据采集输入模块用于模拟信号采集、调理和分析处理。本实用新型具有避免了因采用多个控制器分别控制多个振动台产生的同步偏差，并大大减小了因驱动多振动台产生的耦合振动情况，提高了多点振动控制的同步精度；充分发挥DSP数字处理器强大的实时数据处理分析能力，及计算机的用户交互、实时显示和存储能力。

Description

一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器

技术领域：

本实用新型涉及一种振动控制器，具体涉及一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器。

背景技术

在航天飞行器、导弹、卫星、航空发动机等大型装备的振动可靠性试验中，有不少试件为细长体，或形状结构复杂，对于这种特殊试件，国内目前的技术一般还只采用传统的多组单轴、单自由度(平面)振动试验模拟实际上需要多轴、多自由度的振动工作状态，这样不仅要求振动台要有大功率，很容易损坏细长的试件，而且即使经过高强度的这种振动可靠性试验，并不能完全排除其潜在的固有缺陷，而在实际使用的过程中，这些固有缺陷随时有可能显露出来。

为了适应这种大型、复杂装备的振动模拟试验，国外已有厂商研发了多点同步、多轴多自由度振动试验系统控制器。我国由于在多点、多轴振动试验系统的研究方面起步较晚，我国的应用研究和产品研发还处于空白，至今仍未取得突破，完全依赖于进口。

而目前国外最新的多轴振动控制器基本上都内置计算机，采用VXI或者其它类型的数据总线实现各数据采集处理板卡的通讯，及数据采集处理卡和内置计算机间的通讯。由于采用VXI总线也就引入了VXI总线的不足，如VXI总线基于VME总线，而现代计算机不支持这种总线结构，所以它不能利用PC技术不断更新的优势；VXI总线的理论传输带宽只有40MByte/s，不能满足高速实时数据传输需要；VXI总线有许多实际使用中不需要的电源、时钟、屏蔽等规定，导致其成本很高，且其机箱尺寸也比较大。

PXI总线是基于CompactPCI工业总线规范发展起来的，是专为测试任务而优化的CompactPCI，可从众多的软、硬件资源中获益，如运行在PXI系统上的应用软件和操作系统就是最终用户在通常的台式PCI计算机上所使用过的软件。PXI通过增加坚固的工业封装、更多的仪器模块扩展槽以及高级触发、定时和边带通讯能力更好地满足了仪器用户的需要。PXI总线除了具有类似于VXI总线的许多特点以外，还具有数据传输率更高、可靠性更好、小型化、价格便宜等优点。PXI总线技术通过10年的发展，其技术发展已较稳定成熟，无论是生产厂家数量、产品种类和数量，还是系统应用的数量都有大幅增长，已有强有力的技术支持。PXI总线的最高传输数率可达528MByte/s，且(如测量速度和精度等)还在不断地提高。

实用新型内容

本发明的目的在于提供一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器，解决了目前国内无法实现多轴向、多台同步振动控制的可靠性试验技术难题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器，包括PXI总线机箱、嵌入式计算机、4通道数据采集输入模块、用于输出各种优质模拟信号的4通道模拟信号输出模块。PXI总线机箱给整个控制器供电，4通道数据采集输入模块和4通道模拟信号输出模块都通过机箱的PXI总线与嵌入式计算机相连。嵌入式计算机用于数据处理分析、数据运算、存储，4通道数据采集输入模块用于模拟信号采集、调理和分析处理。

所述供电的PXI总线机箱包括PXI总线背板及电源模块。电源模块产生PXI总线标准规定的各种电源信号并将其送给PXI总线背板，通过PXI总线背板给整个控制器供电；PXI总线背板的PXI总线实现仪器的内部通讯，背板提供了一个插嵌入式计算机的系统槽(Slot1)及若干个插输入、输出模块的用户槽(Slot2～Slot16)，PXI总线包括PCI数据通讯总线及由局部总线、同步时钟、触发总线和星型触发总线组成的辅助总线，PCI数据通讯总线负责总线上各插槽间的数据通讯，辅助总线实现整台仪器的同步采样功能。

1)采用PXI总线和灵活的数据采集处理卡配置技术，可以实时地对多个振动台实施同步、异步、多轴向振动控制，通过PXI总线实现高速的数据传输和精确的同步采样和处理，结构可靠，扩展灵活。

2)所述的嵌入式计算机嵌入到PXI机箱的系统槽上，需满足如下配置的PXI总线插入式计算机：主频1.6G以上的双核CPU，4G字节DDR2内存，80G字节以上高速笔记本硬盘、千兆以太网网口。嵌入式计算机通过PXI总线与仪器内的各输入、输出模块通讯，实现数据交互及对各模块的控制及管理；通过千兆以太网与外部操作计算机通讯，实现用外部操作计算机来控制仪器的工作。

3)所述的数据采集输入模块：包括实现与嵌入式计算机及其它模块可靠通讯的PXI总线接口电路，实现从PXI数据通讯总线到本地可编程逻辑处理电路数据通讯的数据总线转换电路，用于管理双通道模数转换电路、对模数转换后信息计算预处理和协调计算机与DSP间通讯的可编程逻辑处理电路，用于数字信息处理的DSP数据处理电路，对模拟信息实现数字信息转换的双通道模数转换电路，对模拟输入信号进行调理的模拟输入调理电路，给各个电路模块提供电源支持的供电电路。其中PXI总线包括数据通讯总线和辅助总线两个部分，数据通讯总线负责计算机与本采集卡间的数据通讯，辅助总线负责与其他板卡的辅助总线相连实现多个板卡的同步采样功能；其中DSP数据处理电路所采用的DSP数据处理芯片为32位浮点型DSP数据处理芯片，双通道模数转换电路采用分辨率为24Bit、转换频率最高达192KHz的双通道模数转换芯片。

4)所述的模拟信号输出模块，包括实现与嵌入式计算机及其它模块可靠通讯的PXI总线接口电路，实现从PXI数据通讯总线到本地可编程逻辑处理电路数据通讯的数据总线转换电路，用于管理双通道数模转换电路、协调计算机与DSP间通讯的可编程逻辑处理电路，用于数字信息处理的DSP数据处理电路，对数字信息实现模拟信息转换的双通道数模转换电路，对模拟输出信号进行调理的模拟输出调理电路，给各个电路模块提供电源支持的供电电各。其中PXI总线包括数据通讯总线和辅助总线两个部分，数据通讯总线负责计算机与本采集卡间的数据通讯，辅助总线负责与其他板卡的辅助总线相连实现多个板卡的同步采样功能；其中DSP数据处理电路所采用的DSP数据处理芯片为32位浮点型DSP数据处理芯片，双通道数模转换电路采用的芯片为分辨率为24Bit、转换频率最高达192KHz的双通道数模转换芯片。

5)系统的工作原理如下：粘贴在试件上的传感器将试件当前的振动信息送入数据采集输入模块，该信息在数据采集输入模块内经模拟调理电路后山双通道模数转换电路转换成数字信号，数据经过可编程逻辑电路、DSP数据处理电路分析、处理后通过PXI总线传送到嵌入式计算机，嵌入式计算机对数据进行分析、与试件期望的振动进行比较后得出振动的修正数据，并将该修正数据通过PXI总线传送给模拟信号输出模块，模拟信号输出模块的DSP数据处理电路进行运算后，将最终的输出信号经模块内的可编程逻辑电路、双通道数模转换电路、模拟输出调理电路后将信号送给功率放大器驱动振动台进行振动，从而可以实现系统的闭环控制；另外第一个数据采集输入模块将其采样的开始信号及时钟信号送到PXI总线的辅助总线上，再由辅助总线将这些信号送到其它模块，其它模块使用这些信号进行数据的采集，从而实现整个系统的同步数据采集；同时，嵌入式计算机通过千兆以太网与外部操作计算机通讯，通过软件支持，实现在操作计算机上振动控制现场可编程和外部振动信息的实时显示。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

①.避免了因采用多个控制器分别控制多个振动台产生的同步偏差，并大大减小了因驱动多振动台产生的耦合振动情况，提高了多点振动控制的同步精度。

②.嵌入式高性能工业计算机，结合了数字处理器DSP，充分发挥DSP数字处理器强大的实时数据处理分析能力，及计算机的用户交互、实时显示和存储能力。

③.简化了多轴向多点振动可靠性试验的试验操作程序。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为PXI总线的结构。

图3为数据采集输入模块。

图4为模拟信号输出模块。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明：

如图1所示，一种基于PXI总线的多轴振动控制器，包括一个含有PXI标准总线的机箱，一个用于运行实时振动控制和处理软件及数据存储的嵌入式计算机，一个或多个用于模拟信号采集、调理和分析处理的数据采集输入模块、一个或多个用于输出各种高性能信号的模拟信号输出模块。嵌入式计算机经PXI总线将信息传给数据总线转换电路，数据总线转换电路经可编程逻辑处理电路将来自嵌入式计算机的信息最终传给DSP数据处理电路，DSP数据处理电路进行计算后得到希望输出信号的数据，并通过可编程逻辑处理电路控制数转换电路工作，数转换电路转换后的模拟信号最终由模拟调理电路调理后输出。

如图2所示，机箱选用NI公司的型号为PXI-1045的PXI机箱。该机箱包括1个插嵌入式计算机的系统插槽和17个普通用户插槽，若在17个用户插槽中插1个4通道模拟信号输出模块，16个4通道数据采集输入模块，则该机箱可组成拥有64个输入通道，可驱动4个振动台的控制器；该机箱的电源部分按照PXI协议规定的要求提供各种电源信号，给系统中各模块供电。

嵌入式计算机选用NI公司的型号为PXI-8106的PXI嵌入式计算机，该计算机集成1颗主频为2.16G的Core2双核CPU，可扩展4G字节DDR2内存，集成80G字节高速笔记本硬盘，有1个千兆以太网网口，该计算机的性能满足设计需要。

数据采集输入模块如图3所示PXI总线接口电路采用符合PXI总线协议规定的高密度(2mm间距)阻抗匹配孔式连接器，数据总线转换电路采用PLX公司的PCI9054型PCI数据通讯总线与本地数据总线转换芯片，可编程逻辑转换电路采用XILINX公司的SPART 3系列FPGA芯片来实现，DSP数据处理电路采用TI公司6000系列主频为300MHz的32位高速浮点DSP处理器，双通道模数转换电路采用AKM公司的最高采样率达到216kHz，分辨率为24位的高速、高精度、双通道模数转换电路，模拟输出调理电路采用TI公司的OPA134系列低噪声运放电路。

输入信号经模拟调理电路调理后送给双通道模数转换电路转换，模数转换电路受可编程逻辑处理电路控制，转换后的数据由可编程逻辑处理电路进行计算预处理，然后送给DSP数据处理电路进行信息计算处理，DSP数据处理电路计算后的结果再传给可编程逻辑处理电路，由可编程逻辑处理电路负责与数据总线转换电路接口，最终由数据总线转换电路经PXI总线将数据传给嵌入式计算机；PXI总线的辅助总线与可编程逻辑处理电路接口，然后由可编程逻辑处理电路控制模数转换电路的转换工作，从而达到与其他数据采集卡同步采样的功能。

模拟信号输出模块如图4所示，PXI总线接口电路采用符合PXI总线协议规定的高密度(2mm间距)阻抗匹配孔式连接器，数据总线转换电路采用PLX公司的PCI9054型PCI数据通讯总线与本地数据总线转换芯片，可编程逻辑转换电路采用XILINX公司的SPART3系列FPGA芯片来实现，DSP数据处理电路采用TI公司6000系列主频为300MHz的32位高速浮点DSP处理器，双通道数模转换电路采用Cirrus Logic公司的最高采样率达到216kHz，分辨率为24位的高速、高精度、双通道数模转换电路，模拟输出调理电路采用TI公司的OPA134系列低噪声运放电路。

Claims (4)

1.一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器，其特征在于：包括为系统提供通讯平台及供电的PXI总线机箱、嵌入式计算机、4通道数据采集输入模块、用于输出各种优质模拟信号的4通道模拟信号输出模块；供电的PXI总线机箱给整个控制器供电，4通道数据采集输入模块和4通道模拟信号输出模块分别与嵌入式计算机连接，通讯平台连接嵌入式计算机；嵌入式计算机用于数据处理分析、数据运算、存储，4通道数据采集输入模块用于模拟信号采集、调理和分析处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器，其特征在于：供电的PXI总线机箱上包括PXI总线背板及电源模块，还设置一个插嵌入式计算机的系统槽(Slot1)及若干个插输入、输出模块的用户槽，PXI总线包括PCI数据通讯总线及由局部总线、同步时钟、触发总线和星型触发总线组成的辅助总线，数据通讯总线负责总线上各插槽间的数据通讯，辅助总线实现整台仪器的同步采样功能。

3.根据权利要求1所述的一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器，其特征在于：所述的数据采集输入模块：包括实现与嵌入式计算机及其它模块可靠通讯的PXI总线接口电路，实现从PXI数据通讯总线到本地可编程逻辑处理电路数据通讯的数据总线转换电路，用于管理双通道模数转换电路、对模数转换后信息计算预处理和协调计算机与DSP间通讯的可编程逻辑处理电路，用于数字信息处理的DSP数据处理电路，对模拟信息实现数字信息转换的双通道模数转换电路，对模拟输入信号进行调理的模拟输入调理电路，给各个电路模块提供电源支持的供电电路。

4.一种基于PXI总线的多轴向多点振动控制器，其特征在于：所述的模 拟信号输出模块，包括实现与嵌入式计算机及其它模块可靠通讯的PXI总线接口电路，实现从PXI数据通讯总线到本地可编程逻辑处理电路数据通讯的数据总线转换电路，用于管理双通道数模转换电路、协调计算机与DSP间通讯的可编程逻辑处理电路，用于数字信息处理的DSP数据处理电路，对数字信息实现模拟信息转换的双通道数模转换电路，对模拟输出信号进行调理的模拟输出调理电路，给各个电路模块提供电源支持的供电电路。 

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