基于异构计算协同的多轴纳米级实时同步控制系统及方法技术方案

技术编号:46609580 阅读:0 留言:0更新日期:2025-10-14 21:08
本发明专利技术涉及高精度运动控制技术领域,公开了一种基于异构计算协同的多轴纳米级实时同步控制系统及方法。系统采用AM5728处理器与FPGA的时空分离架构:FPGA作为时间敏感层,通过全局时钟网络实现多轴传感器数据纳秒级同步采集和控制信号严格同步输出;AM5728的双DSP内核作为计算密集层,执行多轴控制算法的并行计算。二者通过优化的PCIe/GPMC接口实现指令与数据的低延迟交互。在时钟驯服机制下,多轴控制信号同步误差明显降低,定位精度显著提升。本方案解决了半导体制造等领域多轴系统实时协同控制难题,较传统架构成本大幅降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密运动控制,尤其涉及基于异构计算协同的多轴纳米级实时同步控制系统。


技术介绍

1、在半导体制造、精密光学加工等高端装备领域,多轴运动控制系统的性能直接影响产品精度与生产效率。以光刻机工件台为例,其需同时控制4-6个精密运动轴实现纳米级定位,且各轴控制信号必须严格同步。传统基于微控制器的方案存在根本性缺陷:微控制器顺序执行控制循环的特性导致多轴信号输出存在毫秒级时间差,例如某型光刻机因轴间延迟超过100微秒,引发定位误差达120纳米,无法满足3纳米制程工艺要求。

2、随着控制算法复杂度提升,模型预测控制等先进算法在微控制器上的计算耗时超过200微秒,远超50微秒的控制周期需求。这迫使系统降低控制频率或简化算法,进而牺牲动态响应性能。更严重的是,控制信号抖动(典型值±50微秒)会激发机械谐振,在高速运动场景下累积形成超100纳米的轨迹偏差。

3、现有改进方案试图通过两种路径突破瓶颈:一是采用专用运动控制芯片,虽可提升计算速度,但使硬件成本增加40%以上;二是采用现场可编程门阵列加微控制器的架构,但微控制器算力仍无法支撑1本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于异构计算协同的多轴纳米级实时同步控制系统,其特征在于,该系统包括以下模块:

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述FPGA包括:

3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述DSP内核运行TI-RTOS实时操作系统;通过采用向量化指令进行并行计算,实现运算加速;集成看门狗定时器监控任务周期是否超时。

4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述PCIe或GPMC接口具体结构为:

5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,

6.一种如权利要求1-5所述的基于异构计算协同的多轴纳米级实时同步控制系统的多轴同步...

【技术特征摘要】

1.一种基于异构计算协同的多轴纳米级实时同步控制系统,其特征在于,该系统包括以下模块:

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述fpga包括:

3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述dsp内核运行ti-rtos实时操作系统;通过采用向量化指令进行并行计算,实现运算加速;集成看门...

【专利技术属性】
技术研发人员:陆敏杰董锋贺慧平
申请(专利权)人:无锡星微科技有限公司杭州分公司
类型:发明
国别省市:

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