一、產(chǎn)品概述
精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)以典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做為控制對(duì)像,應(yīng)用自有模型化控制算法開發(fā)環(huán)境,搭配多路多信號(hào)IO板卡做為電量采集手段,高性能功放實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng),為高精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)人員、研學(xué)人員,提供一套完整的算法驗(yàn)證平臺(tái)。在該本臺(tái)上可以跳過基礎(chǔ)編碼器采集、驅(qū)動(dòng)軟件開發(fā)等工作,直接驗(yàn)證高級(jí)控制算法。由于軟變量全開放性,硬件系統(tǒng)自研,所以可以為算法開發(fā)人員提供有力的支撐。
二、產(chǎn)品特色
1、開發(fā)環(huán)境友好,基于MATLAB/Simulink開發(fā)調(diào)制控制算法;2、融合軌跡生成與插補(bǔ)模塊,測(cè)試、加入迭代學(xué)習(xí)和軌跡輸入整形算法與光刻HIL模型算法融合,實(shí)現(xiàn)同平臺(tái)的模型仿真與實(shí)物控制;3、具有豐富的接口板卡資源,可以方便的與激光干涉儀、跟蹤儀、渦流傳感器等反饋設(shè)備連接;
4、具有EtherCAT、CANOPEN、ProfiNet等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的擴(kuò)展能力;
5、被控對(duì)像可擴(kuò)展性強(qiáng),可以是伺服電機(jī)、多自由度高精度XYR運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、尺蠖式壓電致動(dòng)器等;
三、系統(tǒng)性能參數(shù)
精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)由上位開發(fā)機(jī)、實(shí)時(shí)控制主機(jī)、FPGA IO板卡、自研功率放大模塊、商業(yè)驅(qū)動(dòng)器和精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)組成。
1、FGPA IO板卡:FMCIO采集卡是集AD、DA、PWM控制、差分輸入輸出等多功能為一體的板卡,針對(duì)每個(gè)功能,采集卡設(shè)計(jì)了多通道同步采集機(jī)制。具體接口列表如圖:
支持接口 |
描述 |
AD接口 |
16路AD接口,分辨率16bit,200Ksps同步采樣,輸入范圍±10V |
DA接口 |
2路DA接口,分辨率16bit,輸出范圍±10V |
差分信號(hào)輸入接口 |
12路,光耦隔離保護(hù),可用作增量編碼器接口 |
差分信號(hào)輸入輸出接口 |
6路,可編程方向,可用作絕對(duì)值編碼器數(shù)據(jù)接口,支持SSI、BISS、Endat和多摩川編碼器。 |
差分信號(hào)輸出接口 |
6路,可用作絕對(duì)值編碼器時(shí)鐘接口,支持SSI、BISS、Endat等編碼器。 |
PWM驅(qū)動(dòng)輸出 |
6路PWM輸出(A/B),具有軟硬件保護(hù)功能 |
2、軟件系統(tǒng):
系統(tǒng)主架構(gòu)圖如下圖所示:
主機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖
如上圖所示,主機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)主要包括信號(hào)采集板卡,下位機(jī)內(nèi)部包含內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用層庫(kù)函數(shù),上位機(jī)中包括Matlab軟件本身及封裝好的Simulink功能模塊庫(kù)。信號(hào)采集卡通過PCIE通信協(xié)議與內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊通信,內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊通過IPC通信與應(yīng)用層程序通信。本設(shè)計(jì)中,內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊與應(yīng)用層通信的功能以應(yīng)用層函數(shù)庫(kù)的形式被封裝,該函數(shù)庫(kù)的調(diào)用又被進(jìn)一步封裝到Simulink功能模塊庫(kù)中。
下位機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)掛載內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模塊等待調(diào)用。在Simulink模型編譯時(shí),會(huì)包含該功能模塊庫(kù)功能一起生成下位機(jī)應(yīng)用層可執(zhí)行文件。Simulink模型運(yùn)行時(shí)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行該可執(zhí)行文件,該可執(zhí)行文件會(huì)啟動(dòng)信號(hào)采集卡響應(yīng)信號(hào)采集功能。
算法開發(fā)方式:
基于自研的功率級(jí)電機(jī)控制策略快速驗(yàn)證解決方案,用戶在可以在Simulink界面環(huán)境下調(diào)用電力電子專用模型庫(kù)和軟件開發(fā)工具包(SDK)搭建實(shí)際硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并快速建立控制算法模型,對(duì)控制器的輸入輸出進(jìn)行仿真,控制實(shí)際功率器件驅(qū)動(dòng)實(shí)際電機(jī),快速驗(yàn)證控制方案的可行性。應(yīng)用范圍靈活地涵蓋各功率等級(jí)的多類電機(jī)控制器研發(fā)測(cè)試。
l支持x86目標(biāo)機(jī)部署
l支持可選異構(gòu)部署
l支持輸出數(shù)據(jù)類型重配置
l開發(fā)者源文件鏈接
lFPGA參數(shù)設(shè)置功能
lHIL自定義Simulink庫(kù)
l開發(fā)者自定義功能
3、精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)
精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)超薄型設(shè)計(jì),集成了X軸和Y軸,擁有優(yōu)異的定位精度、平面度、直線度、剛性和重復(fù)性精度。該臺(tái)子可定制,包括行程、反饋精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等參數(shù),都可根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整。
l集成XY平臺(tái),正交性設(shè)計(jì)
l全局平面度、直線度達(dá)微米級(jí)
l超薄型設(shè)計(jì)
l高效率,無齒槽力電機(jī)設(shè)計(jì)
l模擬光柵,最高可實(shí)現(xiàn)1.2納米分辨率
精密平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)XY臺(tái)-XY100 |
||||
運(yùn)動(dòng)軸 |
X |
Y |
Unit |
Remark |
行程 |
200 |
200 |
mm |
|
速度 |
300 |
300 |
mm/s |
|
加速度 |
3 |
3 |
g |
Onlyloadofaxis |
最小步距 |
1 |
1 |
μm |
|
定位性能 |
0.03 |
0.03 |
μm |
|
雙向重復(fù)定位精度 |
0.25 |
0.25 |
μm |
|
平面度 |
2.0 |
2.0 |
μm |
|
直線度 |
2.0 |
2.0 |
μm |
|
俯仰/pitch |
40 |
40 |
μrad |
|
偏擺/yaw |
40 |
40 |
μrad |
|
橫滾/roll |
40 |
40 |
μrad |
|
正交性/Orthogonality |
50.00 |
50.00 |
μrad |
|
傳感器 |
||||
類型 |
增量式光柵尺 |
Optical,directmeasuring |
||
分辨率 |
20 |
20 |
nm |
typ.(最小0.001.2nm) |
軸的驅(qū)動(dòng)負(fù)載 |
3.3 |
6.2 |
Kg |
|
平臺(tái)質(zhì)量 |
11 |
Kg |
||
機(jī)械尺寸 |
285X241X64 |
mm*mm*mm |
||
驅(qū)動(dòng)類型 |
||||
電機(jī)類型 |
Tecnotion無鐵芯電機(jī) |
|||
峰值力 |
100 |
200 |
N |
max. |
連續(xù)力 |
22.29 |
44.58 |
N |
|
電機(jī)/傳感器 |
2×Sub-D,15-pin |
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
控制器及X-Y200運(yùn)動(dòng)臺(tái) 尺蠖式驅(qū)動(dòng)模型驅(qū)動(dòng)電壓波形
XY平臺(tái)雙軸位置軌跡及單電機(jī)電流波形 伺服電機(jī)位置跟蹤及速度波形
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)
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