一種嵌入式標定平臺控制系統技術方案

一種嵌入式標定平臺控制系統，由PC機、運動控制板、伺服驅動器、伺服電機、光柵尺以及機械傳動機構等部分組成。采用“PC機+運動控制板+光柵尺”的全閉環控制架構，實現低速、高穩定性、高精度的運動控制的目的，使位置精度達到微米級的要求。該控制系統在伺服電機控制方面采用開環和閉環控制相結合的方式，不僅提高了平臺的定位精度，還減輕了處理器的運算壓力，提高了軟件的實時性。

Embedded calibration platform control system

An embedded calibration platform control system consists of PC, motion control board, servo driver, servo motor, grating ruler and mechanical drive mechanism. The full closed loop control system of \PC + motion control board + grating ruler\ is adopted to realize low speed, high stability and high precision motion control, so that the position accuracy can reach micron level. The control system adopts the combination of open loop and closed loop control in servo motor control, which not only improves the positioning accuracy of the platform, but also reduces the operation pressure of the processor and improves the real-time performance of the software.

【技術實現步驟摘要】
一種嵌入式標定平臺控制系統所屬
本專利技術涉及一種嵌入式標定平臺控制系統，適用于機械領域。
技術介紹
隨著海洋戰略計劃的逐步實施和海洋探索的進一步深入，海洋探測技術的發展得到了各國的重視。海流作為海洋水文的基本要素，是海洋調查和物理海洋學研究的基礎。但目前研究還不夠，沒有經濟、有效的深海海流計，故亟待研制一種工作穩定、精度高，適于惡劣環境的經濟型深海海流傳感器。傳感器的標定與檢測作為傳感器研制過程中的重要環節，故經濟型標定平臺的研制也成了傳感器研制一項重要內容。
技術實現思路
本專利技術提出了一種嵌入式標定平臺控制系統，采用“PC機+運動控制板+光柵尺”的全閉環控制架構，實現低速、高穩定性、高精度的運動控制的目的，使位置精度達到微米級的要求。本專利技術所采用的技術方案是：所述基于STM32控制器搭建的全閉環交流伺服控制系統由PC機、運動控制板、伺服驅動器、伺服電機、光柵尺以及機械傳動機構等部分組成。所述控制系統的上位機控制部分選用裝有Windows系統的PC機對運動控制板進行控制。用戶程序數據通過USB串口模塊傳送給下位機。下位機是基于UC/OS-II實時操作系統STM32微處理器的運動控制板。運動控制板接收上位機的指令信息，將其解析成速度、脈沖和方向信號輸出給伺服驅動器，同時接受三維標定平臺的反饋回光柵尺信號，實時對其控制信號進行計算、修正。伺服驅動器進一步對運動控制卡的指令信號轉化為電機運行所需的指令信息，保證電機的平穩和精確運行。所述控制系統選用的處理器為STM32F103zETT6，不僅能夠滿足現階段的要求而且為以后的功能升級提供了硬件基礎。其控制板主要由電源、JTAG調試、SRAM、FLASH、串口通信、位置檢測和GPIO輸出模塊組成。用于下載和調試程序代碼的JTAG模塊；光柵尺及主控制板所需的5V和3.3V供電的電源模塊；由Renishaw光柵尺和外圍的濾波電路組成的位置檢測模塊，主控制器內部的計數器通過對脈沖的檢測，計算出各軸當前的運行速度和位置；監視標定平臺的運行狀態，同時對主控制器發送回來的數據進行儲存，方便后續分析的上位機部分；以及與伺服電機和光柵尺進行通信的GPIO輸出模塊，伺服電機運動的PWM脈沖信號、方向信號、軸選擇信號以及接受光柵尺經過位置檢測裝置反饋回來的速度和位置信號。所述控制系統選用了TI公司的STM32F103ZETT6主控制器，搭載UC/OS—II多任務實時操作系統。來調度下列任務：光柵尺AB相計數、串口命令解析、伺服電機控制及零位節任務。本專利技術的有益效果是：該控制系統在伺服電機控制方面采用開環和閉環控制相結合的方式，不僅提高了平臺的定位精度，還減輕了處理器的運算壓力，提高了軟件的實時性；上位機采用基于LabVIEW的界面設計，直觀監測標定平臺的運行狀態，并后臺存儲重要的數據信息。通過實驗驗證該控制系統滿足標定平臺速度穩定、定位精度高和低速運行的要求。下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1是本專利技術的系統總體構成示意圖。圖2是本專利技術的控制板模塊框架圖。圖3是本專利技術的信號傳輸示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，控制系統由PC機、運動控制板、伺服驅動器、伺服電機、光柵尺以及機械傳動機構等部分組成。控制系統的上位機控制部分選用裝有Windows系統的PC機對運動控制板進行控制。用戶程序數據通過USB串口模塊傳送給下位機。下位機是基于UC/OS-II實時操作系統STM32微處理器的運動控制板。運動控制板接收上位機的指令信息，將其解析成速度、脈沖和方向信號輸出給伺服驅動器，同時接受三維標定平臺的反饋回光柵尺信號，實時對其控制信號進行計算、修正。伺服驅動器進一步對運動控制卡的指令信號轉化為電機運行所需的指令信息，保證電機的平穩和精確運行。如圖2，控制系統選用的處理器為STM32F103zETT6，不僅能夠滿足現階段的要求而且為以后的功能升級提供了硬件基礎。其控制板主要由電源、JTAG調試、SRAM、FLASH、串口通信、位置檢測和GPIO輸出模塊組成。用于下載和調試程序代碼的JTAG模塊；光柵尺及主控制板所需的5V和3.3V供電的電源模塊；由Renishaw光柵尺和外圍的濾波電路組成的位置檢測模塊，主控制器內部的計數器通過對脈沖的檢測，計算出各軸當前的運行速度和位置；監視標定平臺的運行狀態，同時對主控制器發送回來的數據進行儲存，方便后續分析的上位機部分；以及與伺服電機和光柵尺進行通信的GPIO輸出模塊，伺服電機運動的PWM脈沖信號、方向信號、軸選擇信號以及接受光柵尺經過位置檢測裝置反饋回來的速度和位置信號。如圖3，控制系統選用了TI公司的STM32F103ZETT6主控制器，搭載UC/OS—II多任務實時操作系統。來調度下列任務：光柵尺AB相計數、串口命令解析、伺服電機控制及零位節任務。UC/OS—II是基于優先級的可剝奪型內核，系統中所有任務都有唯一的優先級，適合應用于實時性要求較強的場合。首先，在main函數中創建Start_Task任務用于進行外部設備的初始化、信號量Rec_Sere、消息郵箱Motor_Msg和Count_Msg的定義。其次，進入臨界區創建以上4個任務并設置相應優先級。然后將Start—Task掛起。創建的Rec_Sere主要用于串口命令解析與零位調節任務之間的通信；Motor_Msg則用來串口命令解析與三軸的伺服電機控制任務之間數據通信；Count_Msg是用于光柵尺計數與伺服電機控制任務之間的數據通信。通過上位機設定目標位置及運行的速度，根據已經編好的協議通過串口與下位機進行通信，通過串口中斷服務函數保存所接收到的數據。通過解析任務獲得所需的速度、位置、方向、零位等信號，將串口命令解析任務掛起，并通過Motor_Msg將數據信號傳遞給伺服電機控制任務，微處理器接收速度、位置信號分別向x、y、z三軸伺服電機發送相應的PWM信號。在位置模式下，各軸電機的運動速度取決于PWM脈沖信號頻率，而位移則取決于PWM脈沖信號的總個數。在平臺運行過程中光柵尺實時測量相對位移及反饋于下位機位置信號。下位機的定時器在編碼器模式下對相應的光柵尺信號進行計數，同時通過消息郵箱Count_Msg把數據傳遞給伺服電機控制任務，經運算輸出相應的控制信息，以保障精確地到達目標位置。設置零位調節任務的優先級為最高級，當下位機接收到上位機的復位信號時優先執行，回到起始位置，以達到復位效果。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種嵌入式標定平臺控制系統，其特征是：所述基于STM32控制器搭建的全閉環交流伺服控制系統由PC機、運動控制板、伺服驅動器、伺服電機、光柵尺以及機械傳動機構等部分組成。

【技術特征摘要】
1.一種嵌入式標定平臺控制系統，其特征是：所述基于STM32控制器搭建的全閉環交流伺服控制系統由PC機、運動控制板、伺服驅動器、伺服電機、光柵尺以及機械傳動機構等部分組成。2.根據權利要求1所述的一種嵌入式標定平臺控制系統，其特征是：所述控制系統的上位機控制部分選用裝有Windows系統的PC機對運動控制板進行控制。3.用戶程序數據通過USB串口模塊傳送給下位機。4.根據權利要求1所述的一種嵌入式標定平臺控制系統，其特征是：所述下位機是基于UC/OS-II實時操作系統STM32微處理器的運動控制板，運動控制板接收上位機的指令信息，將其解析成速度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓會義，
申請(專利權)人：韓會義，
類型：發明
國別省市：遼寧,21