[发明专利]基于USB总线的开放式运动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于USB总线的开放式运动控制系统。

背景技术

目前直流电机的伺服闭环控制主要是采用两层架构，即PC机作为指令系统，闭环控制算法由运动控制卡来完成，运动控制卡主要通过串口、CAN和PCI来完成，主要缺点是：

1、用户无法自己完成控制算法，这样对于以教育为目的的教育机器人是不合适的；无法让用户用自己方式进行控制算法的编写；

2、不方便扩展；

3、没有实现一层架构(上面所说的方式1)和两层架构(上面所说的方式2)的无缝切换；

4、没有解决在非实时操作系统上实现实时控制算法；

发明内容

本发明的目的在于实现一层架构(上面所说的方式1)和两层架构(上面所说的方式2)的无缝切换；实现高精度运动控制和开放式运动控制在同一系统上结合；解决多运动控制卡的扩展；解决非实时Windows操作系统上方便开发实时控制算法。

为解决上述问题，本发明提供一种基于USB总线的开放式运动控制系统，其包括：

USB总线的开放式运动控制卡；

DSP固件程序；

上位机(PC机)控制程序；

本发明的优点在于：

1.实现了用户在非实时Windows操作系统上方便开发实时控制算法，方便进行控制算法的教学和研究；

2.实现了实现一层架构(上面所说的方式1)和两层架构(上面所说的方式2)的无缝切换；

3.解决在非实时操作系统上的实时定时问题；

4.在开放式运动控制卡上实现高精度控制；

5.方便多运动卡的扩展，USB接口是目前最主要的一种通讯总线，即插即用，同时通讯带宽大；

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1是传统直流伺服电机的原理图；

图2是本发明提供的控制器的一个实施例的示意图；

图3是基于USB总线运动控制卡的扩展框架图；

具体实施方式

请参见图2；

一层架构：

PC机40----基于USB总线的开放式运动控制卡60----驱动器80-----电机100----测速模块120---基于USB总线的开放式运动控制卡60-----PC机40；

PC机采集来自USB总线的开放式运动控制卡60的速度数据(带有时间戳)，与设定的参数进行比较，计算差值，然后根据差值计算新的控制变量给基于USB总线的开放式运动控制卡60，基于USB总线的开放式运动控制卡60产生新的PWM占空比，不同的PWM占空比给驱动器80，然后驱动电机100，测速模块120采集电机的运动参数传递给基于USB总线的开放式运动控制卡60，然后基于USB总线的开放式运动控制卡60将带有时间戳的编码器数据给PC机。控制算法的主体是PC机40。PC机40与基于USB总线的开放式运动控制卡60之间的数据传输是USB总线。

图3是基于USB总线的直流伺服电机控制系统的一个实施例的框架图。如图所示，本系统包括：一组直流伺服电机81-84；一组控制器91-94，每个控制器一端连接USB总线，另一端连接对应的直流伺服电机，一个控制器控制两个直流伺服电机，其用于对来自USB总线的控制信号进行处理，进而将适用于对应的直流伺服电机的控制信号传送到对应的直流伺服电机中；以及一个上位机100，上位机100一端通过USB总线连接一组控制器91-94中，其用于将控制信号传送到一组控制器91-94中。

应理解，本发明主要包括：

●USB总线的开放式运动控制卡；实现了一层架构和两层架构的无缝切换；

●DSP固件程序；

●上位机(PC机)控制程序；

通过即插即用的USB总线，实现了一层架构和两层架构的无缝切换；实现了在Windows平台上进行实时运动控制算法；解决了多运动控制卡的方便扩展。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，并不是对本发明的范围的限制。对于本技术领域的一般人员来说，可以在不脱离本发明的精神的情况下，做出种种变化。因此，本发明所主张的范围应以权利要求书中的权利要求所述的为准。