[发明专利]硬件模块化控驱一体装置

说明书

本发明涉及控制系统领域，尤其涉及一种硬件模块化控驱一体装置。将控制模块、扩展模块和功率模块这些硬件模块化的方式集成在一起，达到控驱一体高效集成的目的，体现出控驱一体高效集成的优势。根据不同的应用场景，通过更换适应硬件模块达到高效灵活的目的，避免控驱一体系统应用的局限。摒弃了传统控制器+驱动器的控制模式，使控制和驱动集成在同一模块内，突破了毫秒级的运动控制。上述的硬件模块化方式，可实现硬件成本的阶梯控制。在常规应用场景使用成本优化的标准模块搭建控驱一体系统，在复杂应用场景，可通过更换相适应模块搭建针对性的控驱一体系统，实现针对应用场景的成本控制。

【技术领域】

本发明涉及控制系统领域，尤其涉及一种硬件模块化控驱一体装置。

【背景技术】

过去二十年来，由于通用机床、专机设备等工业需求旺盛，工业控制系统零部件供应商所开发的控制器、驱动器、用户界面、应用软件等，均以一个独立的、多功能的、多场合兼容性的设计，这种可自由组合的柔性的设计，在一定程度上可以满足用户为机器快速实现一个相对可靠的控制系统的需求。

直到工业机器人时代的到来，不同于传统机床设备，虽然“控制器+驱动器”的方式能为机器人提供实时的多轴联动控制，但这个联动因控制器、驱动器是通过串行总线进行数据交换，使该系统只能实现毫秒级的运动控制，在一些高速高精度场合会遇上瓶颈。另外，机器人是一个非线性时变系统，其运动过程时刻承受着包括重力、摩檫力在内的外力作用，不同姿态时的作用力始终在变化，按照传统的“控制器+驱动器”的形式，驱动器各轴将独立工作在位置伺服模式，外部力的变化会影响其插补点的响应速度，导致机器人整体轨迹精度及响应速度受限，进而不能完成轨迹精度要求高、速度要求高的场景。因此面对机器人越来越普及的时代，需要提供一个针对机器人应用而高度整合的硬件模块化的控驱一体装置。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题而提供一种硬件模块化控驱一体装置，该装置摒弃了传统控制器+驱动器的方式，将硬件模块化，突破了毫秒级的运动控制。将控制模块、扩展模块和功率模块这些硬件模块化的方式集成在一起，达到控驱一体高效集成的目的，体现出控驱一体高效集成的优势。根据不同的应用场景，通过更换适应硬件模块达到高效灵活的目的，避免控驱一体系统应用的局限。

为实现上述目的，本发明的硬件模块化控驱一体装置，包括控制模块、功率模块和扩展模块，所述的控制模块与功率模块之间设置有控制-功率模块接口，控制-功率模块接口实现控制模块与功率模块的数据交换，所述的控制模块与扩展模块之间设置有控制-扩展模块接口，控制-扩展模块接口实现控制模块与扩展模块的数据交互；所述的控制模块还包括非实时任务处理器实时任务处理器和FPGA阵列，非实时任务处理器与实时任务处理器之间通过共享内存实现数据交换，非实时任务处理器、实时任务处理器与FPGA阵列之间通过控制模块内部并行总线进行数据交换。

进一步的，所述的非实时任务处理器搭载应用软件及进行路径规划，实时任务处理器运行动力学算法、运动规划及插补、位置闭环控制、速度闭环控制、安全系统信号处理和IO信号逻辑。

进一步的，所述的FPGA阵列包含1-9轴电机位置采集模型、1-9轴电流采样模型、1-9轴电流闭环模型、1-9轴电机驱动信号模型、1-9轴温度采样模型、串/并行IO驱动模型和串/并行通讯模型，串/并行IO驱动模型与实时任务处理器执行的IO信号逻辑进行信号交互，1-9轴电机驱动信号模型与速度闭环控制进行信号交互。

进一步的，所述的控制-扩展模块接口包括串/并行IO信号接口和串/并行通讯接口，扩展模块包括串/并行IO驱动电路和串/并行通讯电路，串/并行IO信号接口分别连接串/并行IO驱动模型和串/并行IO驱动电路，串/并行通讯接口分别连接串/并行通讯模型和串/并行通讯电路。