基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置及方法，属于转台控制技术领域。本发明专利技术包括控制器模块、无线数据传输模块、I/O模块、数据采集和处理模块和实际被控对象，控制器模块中宿主机建立模型生成代码，目标机执行生成的实时代码，利用启动盘将xPC的实时内核下载入目标机中；无线数据传输模块由两台路由器组成，宿主机和目标机通过网线或无线网卡分别和路由器建立连接；I/O模块将其内部D/A部分的输出进行相应比例的放大形成电流闭环，用于驱动实际被控对象；数据采集和处理模块能够在线修改控制器模块参数，监视实际被控对象速率。本发明专利技术采用xPC实时控制方法，能够缩短开发周期，降低开发成本，提高了系统使用的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置及方法
本专利技术涉及基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置及方法，属于转台控制

技术介绍
转台作为一种高精度的光机电一体化设备，在飞行器设计实验、雷达伺服控制系统、量子通信领域具有重要作用。针对高精度转台的研究工作对于国防军工和经济民生事业的发展具有重要意义和应用价值。本专利技术提供了一种先进的，基于xPC实时操作系统的转台系统快速演示验证装置及方法。在《单轴高精度转台控制系统设计》中：以单轴转台为研究对象，进行了驱动、测角模块的选型和控制电路板的设计，完成了转台控制系统硬件部分的改造，在对转台进行了较为详尽的理论分析之后，建立了单轴转台控制系统的数学模型，完成了PID和模糊PID控制算法两种控制器的设计，并通过Simulink仿真结果分析和转台实物控制，测试了其在转台控制上的精度和可靠性，证明了这两种方法能有效的满足转台的控制要求。虽然文中用模块化的设计方法对转台控制系统进行了硬件电路的具体设计和改进，并编写了转台控制系统的软件部分，通过实验实现了转台控制，但控制系统实时性不高，无法实现在线修改参数。在《基于PC104+的转台信号处理器设计与实现》中设计了一种基于PC104+总线的嵌入式转台信号处理系统。该系统以CH365桥路芯片实现嵌入式计算机和信号处理板间的PCI通讯；以DSP和FPGA为信号处理核心，完成多路码盘信号的实时采集及多路DA信号的输出；具有集成度高、实时性好、可靠性高的特点。虽然文中为了解决传统“金手指”式PCI板卡与总线连接不可靠的问题，但远程控制计算机与转台系统通过串口进行通讯，数据传输速度较慢，工作人员在调试转台时受到串口线长度的限制，无法方便灵活地进行科学实验。在《基于双回路的转台伺服系统控制方法研究》中以提升转台的伺服性能为目标，基于双回路控制的思想，对比研究了不同内回路反馈信号对转台抗干扰性能的影响，利用频域控制和滑模控制的思想设计了基于位置和速度的双回路控制器，并最终在转台系统中验证了所设计的方法的控制效果，但采用工业控制计算机作为转台控制器，开发成本较高，控制系统功能单一，灵活性较低。在《导弹性能测试系统用转台控制单元》中公开了一种导弹性能测试系统用转台控制单元，所述转台控制单元包括转台控制单元箱体，第一交流输入接口内嵌到所述转台控制单元箱体上，第一交流输入接口经第一电源开关与第一开关电源输入端连接，所述第一开关电源的输出端与第一电源处理电路的一个输入端连接，第一直流电源插座内嵌在所述转台控制单元箱体上，所述第一直流电源插座与所述第一电源处理电路的另一个输入端连接，所述第一电源处理电路的输出端分为三路，第一路与转台控制接口的电源接线端子连接，第二路与第一主控芯片模块的电源电压检测接口连接，第三路与CAN通信芯片的电源输入端连接。所述转台控制单元能够提高故障诊断率和维修效率，但其中采用固定的PLC驱动模块，成本较高，用户无法根据自己的实际需求选择合适的驱动器并灵活编写自己需求的驱动程序。在《单轴高频角振动转台控制系统实验研究》中设计了一款DSP+FPGA的高速控制系统。针对角振动台的谐振问题,提出使用自抗扰控制器,搭建了DSP和FPGA硬件平台,编写了自抗扰控制算法程序,实现了控制目标，但其中采用DPS加FPGA的控制方案,基于C#设计了上位机程序，开发周期长，代码量较大，设计速度慢，不便于后期维护和系统功能的更改。在《基于xPC的转台控制系统实时仿真系统设计》中基于Simulink/xPC构成系统方案，但是其并未设置数据采集和处理模块，无法通过良好的人际交互界面来实现用户在线修改参数和控制系统运行的功能。在《基于xPC实时控制的液压飞行转台控制系统设计与实现》中根据xPC快速原型实施方案实际物理模型建立了电液比例调速阀及所在调速系统的AEMsim仿真模型，但是其被控对象为三轴液压飞行转台，不能快速演示验证装置的实际被控对象，并且控制过程和设备维护过程都较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置，包括：控制器模块、无线数据传输模块、I/O模块、数据采集和处理模块和实际被控对象；控制器模块包括宿主机和目标机，宿主机建立模型生成代码，目标机执行生成的实时代码，利用启动盘将xPC的实时内核下载入目标机中；无线数据传输模块由两台路由器组成，宿主机和目标机通过网线或无线网卡分别和路由器建立连接；I/O模块采用ISA数据采集板卡，ISA数据采集板卡将其内部D/A部分的输出进行相应比例的放大形成电流闭环，用于驱动实际被控对象；数据采集和处理模块能够在线修改控制器模块参数，监视实际被控对象速率。所述实际被控对象采用单轴转台。所述宿主机采用普通PC电脑，目标机采用工业控制计算机。所述I/O模块采用ISA数据采集板卡。所述宿主机上搭建Matlab/Simulink控制框图，并用C语言编写S函数来实现对ISA数据采集板卡的驱动。基于xPC的转台控制系统快速演示验证方法，包括以下步骤：步骤一：用户在普通电脑上建立所需模型，利用启动盘将xPC的实时内核下载入工控机中，通过xPC目标或者实时可视窗口在线修改控制模型中的参数，实现实时仿真，步骤二：在宿主机上搭建Matlab/Simulink控制框图，用C语言编写S函数来实现对自制数据采集板卡的驱动；I/O模块的ISA数据采集板卡将其内部D/A部分的输出进行相应比例的放大形成电流闭环，驱动转台；步骤三：转台上带有的增量式码盘将产生的脉冲数传给数据采集卡，板卡经过处理后输出脉冲数，S函数1从板卡相应地址中读出脉冲数并进行角度转换和输出，从而得出转台的实时角度，板卡的实时角度作为反馈量，与指令作差后将偏差值送入控制器中，控制器的输出量经过S函数2的限幅和线性放大后写入板卡的相应地址内完成D/A转换，输出的电压模拟量经过放大器放大后驱动转台转到指定角度；步骤四：数据采集和处理模块在线修改控制器参数，监视转台速率，给出速率控制曲线，同时使用户自己设置期望角度，实时发送指令，便于调试。本专利技术的有益效果为：本专利技术与常规的转台控制系统相比，提出了一种基于xPC的转台控制系统快速演示装置及方法，该系统采用xPC实时控制方法，能够缩短开发周期，降低开发成本，提供了一个方便用户在线修改参数的实时控制系统。同时，本申请的装置与前文提到的装置相比，理论更完善，实际应用更方便，提高系统使用的灵活性。本专利技术与《基于双回路的转台伺服系统控制方法研究》中介绍的转台控制装置相比，用户只要搭建仿真框图就可以实现控制，同时可以实现在线修改参数，开发周期更短，成本更低，更先进，更可靠且已经实现；与《基于xPC的转台控制系统实时仿真系统设计》相比，本专利技术提供数据采集和处理模块，通过良好的人际交互界面来便于用户在线修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置，其特征在于，包括控制器模块(1)、无线数据传输模块(2)、I/O模块(3)、数据采集和处理模块(4)和实际被控对象(5)；/n控制器模块(1)包括宿主机(6)和目标机(7)，宿主机(6)建立模型生成代码，目标机(7)执行生成的实时代码，利用启动盘将xPC的实时内核下载入目标机(7)中；/n无线数据传输模块(2)由两台路由器组成，宿主机(6)和目标机(7)通过网线或无线网卡分别和路由器建立连接；/nI/O模块(3)采用ISA数据采集板卡，ISA数据采集板卡将其内部D/A部分的输出进行相应比例的放大形成电流闭环，用于驱动实际被控对象(5)；/n数据采集和处理模块(4)能够在线修改控制器模块(1)参数，监视实际被控对象(5)速率。/n

【技术特征摘要】
1.基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置，其特征在于，包括控制器模块(1)、无线数据传输模块(2)、I/O模块(3)、数据采集和处理模块(4)和实际被控对象(5)；
控制器模块(1)包括宿主机(6)和目标机(7)，宿主机(6)建立模型生成代码，目标机(7)执行生成的实时代码，利用启动盘将xPC的实时内核下载入目标机(7)中；
无线数据传输模块(2)由两台路由器组成，宿主机(6)和目标机(7)通过网线或无线网卡分别和路由器建立连接；
I/O模块(3)采用ISA数据采集板卡，ISA数据采集板卡将其内部D/A部分的输出进行相应比例的放大形成电流闭环，用于驱动实际被控对象(5)；
数据采集和处理模块(4)能够在线修改控制器模块(1)参数，监视实际被控对象(5)速率。


2.根据权利要求1所述的基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置，其特征在于，所述实际被控对象(5)采用单轴转台。


3.根据权利要求1所述的基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置，其特征在于，所述宿主机(6)采用普通PC电脑，目标机(7)采用工业控制计算机。


4.根据权利要求1所述的基于xPC的转台控制系统快速演示验证装置，其特征在于，所述I/O模块(3)采用ISA数据采集板卡(8)。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马广程，高雅，夏红伟，温奇咏，马长波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23