[发明专利]一种精密运动控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于位移数据采集技术领域，尤其是一种精密运动控制系统及其制方法。

背景技术

随着科学技术的发展，尤其是MEMS技术的飞速发展，在纳米甚至亚纳米等级上的运动和定位控制已经成为可能。这给人类认识和利用微观世界，提供了强有力的工具。所谓纳米位移定位技术是指在纳米精度等级上对受控物体(微加工工具或微测量工具)进行精密控制，以满足其对定位精度、运动精度和精度稳定性的要求，实现具有计量功能的加工和检测操作。运动控制技术的应用大多以各种形式的运动平台机构或产品来实现。其应用领域无处不在，包括几乎所有的高科技领域。

以单片机为主的控制方法在20世纪80年代就已经出现，但是应用的场合大都是对系统运行精度要求和运行成本较低的领域，单片机的计算运行速度的实时性较差，在闭环控制中只能应用于低速点位运动和对运行轨迹要求不高的控制场合。

新型的DSP运动控制系统，采用更为先进的模块式结构，可以和片上系统(SOC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及ARM等高性能处理芯片相结合，根据不同的应用要求，通过简单的增加或更改模块并结合系统编程，就可以扩展或者修改系统，迅速地组成一个新的数据采集系统，其运算速度更快，精度更高，在精密运动控制领域得到了广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可以达到精密控制系统对控制精度和速度的要求的前提下，节省前期研发的成本和周期，同时具有可扩展性、易用性和稳定性的精密运动控制系统及其制方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种精密运动控制系统，包括控制核心模块、传感器输入模块、高压驱动输出模块、多通道信号采集模块、执行器模块、被控制对象以及上位机屏幕显示模块；传感器输入模块的输出端通过多通道数据采集模块连接到控制核心模块的输入端；控制核心模块的输出端与高压驱动输出模块的输入端连接；上位机屏幕显示模块与控制核心模块双向连接；高压驱动输出模块的输出端与执行器模块的输入端连接；执行器模块的输出端连接被控制对象的输入端且驱动被控制对象；被控对象的输出端与传感器输入模块的输入端连接。

而且，所述控制核心模块中的控制核心为DSP处理器，其是将数据处理模块、控制模块和显示模块都集成在一块DSP处理器中，以DSP处理器为核心的多通道信号采集与处理的系统的设计，将所要设计完成的原理图分成以下几个功能模块：以DSP处理器为核心完成数据的采集、数据处理及数据存储，与主机进行通信的主机接口模块；为系统提供电源的供电模块；进行信号采集的模数转换模块以及转换DSP处理器处理过的数据的数模转换模块。

而且，所述控制核心模块中的DSP处理器和上位机屏幕显示模块通过USB2.0传输协议双向连接；DSP处理器和多通道信号采集模块、高压驱动输出模块均通过地址总线和控制总线相连接。

而且，DSP处理器外接一块SDRAM存储器，还接入了一块FLASH存储器。

而且，所述上位机屏幕显示模块传输命令给控制核心模块，控制核心模块控制被控对象，被控对象将反馈位置信息传输给上位机屏幕显示模块。

上述精密运动控制系统的控制方法的步骤为：

⑴对所述控制系统上电，上位机屏幕显示模块和DSP处理器加载初始化程序，进入初始化阶段；

⑵DSP处理器初始化完成后发送初始化成功命令给上位机屏幕显示模块，然后进入等待状态；

⑶上位机屏幕显示模块向DSP处理器发送运动指令，DSP处理器接受运动指令后，进入主循环程序；

⑷传感器输入模块将当前x、y、z三个轴向的位置信息通过多通道数据采集模块传输给DSP处理器，DSP处理器运算得出运动速度和方向，并将结果传输给上位机屏幕显示模块，同时将结果通过数模转换模块转换成模拟信号输出高压驱动模块，驱动高压驱动模块的输出端口；

⑸高压驱动模块通过驱动执行器模块对被控制对象实现微位移；

⑹传感器输入模块将当前位置信息和位移量通过多通道数据采集模块实时的传输给DSP处理器，并在上位机屏幕显示模块显示，等待上位机的操作，执行完毕返回主程序。

而且，步骤⑴和步骤⑶中，系统上电后，DSP处理器是通过下载器和上位机屏幕显示模块连接，上位机屏幕显示模块通过下载器向DSP处理器传输信号采集指令，DSP处理器得到信号采集指令，启动信号采集并将采集到的数据存到预先分配的空间内。