[发明专利]硬件在环仿真装置和硬件在环仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿真技术，特别是运动控制的硬件在环仿真装置和方法。

背景技术

仿真(simulation)是一种利用模型对实际系统的工作过程进行重现，并通 过对系统模型的实验来研究该实际系统的技术。当所研究的实际系统造价昂 贵、或实验的危险性大、或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的 后果时，仿真是一种行之有效的研究手段。

仿真技术广泛应用于各种领域和产品，以机电产品为例：机电产品中具 有各种机械传动装置，其工作过程主要包括通过电机接收来自驱动装置的驱 动信号，并通过电机中的传感器将所收到的电信号转换成电机轴上的角位移 或角速度，以及输出这些运动信号。为了提高机械部件按照预期的轨迹和规 定运动参数完成相应动作的准确性和精度，通常采用运动控制系统通过对电 机的运动信号进行实时的控制管理。目前的运动控制系统，按机械运动的轨 迹，可分为点位、直线、轮廓控制等类型；按电机的类型，可分为开环、闭 环和半闭环伺服系统。

在对运动控制系统进行设计和开发的过程中，常通过选择合适的仿真模 型，对电机的运动和相关的信号进行模拟，以较低的代价进行大量反复的试 验，以及获得足够数量和质量的分析数据，为设计或测试提供帮助。具体来 说，以仿真系统取代实际的电机，接收由驱动装置所输出的驱动信号，以及 模拟电机做出反应，并将所得到的运动信号反馈至驱动装置，从而检验该电 机以及对该电机的运动控制是否符合要求。

在现实环境中，运动控制系统往往不是孤立的，多个运动控制系统之间 常存在着依赖和联动，为了增加仿真的真实性，仿真过程必须兼顾到各系统 之间的相互关系和数据交互，因此需要对所有运动控制系统同时进行仿真。 目前，业内用于运动控制工业设计和测试的仿真系统，例如dSPACE，NI仿真 设计平台和OPAL RT的RT-Lab等，仅能实现对单个运动控制系统的仿真， 对于多个运动控制系统之间实时数据交互和仿真则无法处理。

此外，运动控制系统中需要使用传感器将电信号转换为运动信号，由于 运动信号的多样性，运动控制系统中可包括多种类型传感器，例如模拟传感 器或数字传感器。当运动控制系统中存在多种类型传感器时，现有的仿真系 统多采用软件模拟产生传感器信号，无法真实模拟出传感器工作时的输出信 号，因而也就无法实现测量信号的完全、实时仿真，从而无法完全有效地发 现控制器及硬件板卡存在的问题与缺陷。

随着控制技术的发展，多个运动子系统的实时交互和同步，以及多种类 型传感器的同时使用，是设计的必然趋势和需求，因此，有必要提供一种能 够适用于多个运动子系统以及多种类型传感器的仿真系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于现有的运动控制仿真系统无法适用于多个 运动子系统以及多种类型传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种硬件在环仿真装置，与驱动装 置相连接，用于对包括电机以及与电机相连的机械装置的传动系统进行硬件 在环仿真，其特征在于，包括：运动模拟单元，用于根据数字输入信号、电 机模型以及描述所述机械装置各运动轴的电机运动轴模型，获得对应的运动 信号，以及根据所述运动信号获得传感器测量数据，并将所述传感器测量数 据输出至输出单元；输入单元，用于接收来自所述驱动装置的驱动信号，根 据所述驱动信号，获得用于输入所述运动模拟单元的数字输入信号；所述输 入单元通过光纤与所述运动模拟单元相连接，并通过电气连接线与所述驱动 装置相连接；输出单元，接收来自运动模拟单元的传感器测量数据，根据所 述电机模型，进行仿真，并将所述仿真结果反馈至所述驱动装置；所述输出 单元通过光纤与所述运动模拟单元相连接，并通过电气连接线与所述驱动装 置相连接。

可选的，所述输入单元为模数转换器。

可选的，当所述电机的传感器为数字传感器时，所述运动模拟单元包括： 驱动计算单元，用于接收来自所述输入单元的数字输入信号，根据电机模型， 计算当电机接收所述数字输入信号时所产生的输出力；运动信号计算单元， 用于计算在电机的所述输出力的作用下，相连接的机械装置各运动轴对应产 生的运动信号；传感器计数值单元，用于根据所述运动信号和所述电机的传 感器模型，计算出对应的传感器计数值。

可选的，所述传感器为旋转编码器或光栅尺编码器。

可选的，所述输出单元包括传感器模型仿真器。