1.一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制系统,其特征在于,该控制系统包括系统控制卡、运动控制卡、数据采集控制卡、光栅信号处理卡、多通道数模转换控制器、运动台环境信息采集卡、电机驱动器、电涡流采集板、传感器信息采集板、光栅尺读数头和上位机;
所述系统控制卡、运动控制卡、数据采集控制卡、光栅信号处理卡通过总线连接,系统控制卡通过以太网与所述上位机连接;
所述系统控制卡用于下发所述运动控制卡的下载固件、接收所述上位机发送的命令并下发命令到运动控制卡、数据采集控制卡、光栅信号处理卡、返回命令执行的结果和接收运动控制卡、数据采集控制卡、光栅信号处理卡的报警报错信息;
所述运动控制卡用于接收光栅信号处理卡的位移数据和数据采集控制卡的电涡流数据,并进行位姿模型运算,得到电机控制信息;同时也接收数据采集控制卡的环境状态信息,实时监控运动台的工作状态,上传上位机;
所述光栅信号处理卡用于采集并处理光栅尺读数头返回的位移信息;
所述数据采集控制卡用于传输运动控制卡计算得到的电机控制信息到所述多通道数模转换控制器,同时接收其返回的执行结果、电涡流信息和所述运动台环境信息采集卡采集的信息,并上传至运动控制卡;
所述多通道数模转换控制器用于接收电机控制信息,并将电机控制信息转换成指定的格式发送到电机控制器,最后采集电机控制器返回的执行结果和电涡流信息,上传至数据采集控制卡;
所述运动台环境信息采集卡用于实时采集运动台工作环境状态信息,并上传至数据采集控制卡;
所述电机驱动器用于根据接收到的电机控制信息放大功率,控制电机执行器;
所述电涡流采集板用于采集电机的电涡流信息;
所述上位机用于存储需要下发的控制信息,以及存储接收到的系统控制卡实时上传的控制信息;
所述运动控制卡、所述数据采集控制卡以及所述光栅信号处理卡之间通过FIBER总线连接,所述系统控制卡和所述运动控制卡之间通过GbE总线连接,数据采集控制卡产生指定频率的伺服同步信号,并通过同步总线广播给所述运动控制卡、所述光栅信号处理卡和所述数据采集控制卡。
2.根据权利要求1所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制系统,其特征在于,所述多通道数模转换控制器包括第一FPGA模块、SFP光模块、存储器和单通道XAUI/10GBASE‑KR收发器以及若干个RS485/232收发器,所述SFP光模块与所述单通道XAUI/
10GBASE‑KR收发器电连接,所述单通道XAUI/10GBASE‑KR收发器与所述第一FPGA模块电连接,所述存储器与第一FPGA模块电连接,多个所述RS485/232收发器与第一FPGA模块电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制系统,其特征在于,所述电机驱动器包括RS485接口、第一单通道RS‑485收发器、Mosfet功率放大模块电路、DSP模块、存储器和电机接口,所述RS485接口与所述第一单通道RS‑485收发器电连接,所述第一单通道RS‑485收发器、存储器、Mosfet功率放大模块电路分别与所述DSP模块连接,所述电机接口与所述Mosfet功率放大模块电路电连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制系统,其特征在于,所述传感器信息采集板包括第二FPGA模块、至少一个传感器模块和运放及AD转换模块电路、第二单通道RS‑485收发器和RS485模块,所述运放及AD转换模块电路、存储器、第二单通道RS‑485收发器分别与所述第二FPGA模块电连接,至少一个所述传感器模块与所述运放及AD转换模块电路电连接,所述RS485模块与所述第二单通道RS‑485收发器电连接。
5.一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制方法,其特征在于,该方法包括:
(1)上位机将下载固件的命令发送给系统控制卡,系统控制卡收到命令后从上位机加载运动控制卡的下载固件,并通过GbE总线发送到各运动控制卡,运动控制卡加载下载固件并启动;
(2)电涡流采集板采集电涡流信号,经过RS485总线传输到多通道数模转换控制器,经过处理后发送到数据采集控制卡;
(3)系统控制卡接收上位机命令,并通过GbE总线将命令转发给各运动控制卡;
(4)数据采集控制卡产生指定频率的伺服同步信号,并通过同步控制总线广播给运动控制卡和光栅信号处理卡;
(5)运动控制卡通过GbE总线接收系统控制卡的命令,并解析命令,执行命令;
(6)数据采集控制卡发出伺服同步信号后进入采样进程,将电涡流信号数据通过FIBER总线发送到运动控制卡;
(7)光栅信号处理卡收到伺服同步信号后进入采样进程,处理光栅读头数据并将测量结果通过FIBER总线发送到运动控制卡;
(8)运动控制卡在接收到伺服同步控制信号后,进入伺服中断里的采样进程,通过FIBER总线从数据采集控制卡和光栅信号处理卡分别读取电涡流数据和光栅尺测量数据,并通过多核DSP运算位姿模型,最后将运算得到的控制过程信息和电机控制量通过FIBER总线发送到数据采集控制卡;
(9)数据采集控制卡对控制过程信息和电机控制量进行处理,并将数据发送到多通道数模转换控制器,多通道数模转换控制器对数据进行数模转换处理,再发送到各电机驱动器,控制电机运动;
(10)电涡流采集板采集电涡流信息并发送到多通道数模转换控制器,传感器信息采集板采集的信号发送到运动台环境信息采集卡,多通道数模转换控制器和运动台环境信息采集卡将传感器信息上传到数据采集控制卡,进而上传输到运动控制卡和上位机。
6.根据权利要求5所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制方法,其特征在于,所述运动控制卡、数据采集控制卡和光栅信号处理卡的同步伺服控制方法包括:
(1)数据采集控制卡上的FPGA产生固定频率的伺服脉冲信号,并通过Open VPX机箱背板上的同步控制总线广播给运动控制卡和光栅信号处理卡;
(2)运动控制卡和光栅信号处理卡接收伺服信号,同时响应伺服中断进入采样进程。
7.根据权利要求6所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制方法,其特征在于,所述运动控制卡采用多核DSP固件架构,包括8个内核,其中
0核作为数据核,负责与数据采集控制卡、系统控制卡和光栅信号处理卡进行数据的交互,将获取的运动台环境数据、系统命令及参数和光栅测量数据发送至芯片内部的共享内存,同时也从共享内存MSM获取模型运算得到的电机控制量,以及环境监测数据;
1核到6核共6个核作为模型运算核,负责位姿模型的运算,并将根据计算得到电机控制量,发送回共享内存MSM;
7核作为监测核,负责对采集到的环境数据进行监测,处理异常情况,及发送用于上位机记录的环境数据。
8.根据权利要求7所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制方法,其特征在于,所述多核DSP固件架构的背景进程,单次循环工作流程如下:(1)0核通过GbE总线获取系统控制卡下发的命令及参数,并将其发送至共享内存;
(2)1核至7核从共享内存中获取命令及参数,并解析执行命令,最后返回命令执行结果至共享内存;
(3)0核从共享内存读取命令执行结果,并通过GbE总线返回给系统控制卡;
(4)0核从数据采集控制卡获取采集的运动台环境数据,并将数据发送至共享内存;
(5)7核从共享内存获取运动台环境数据,并对数据进行分析处理,数据异常时采取相应的措施,最后发送分析的数据至共享内存;
(6)0核从共享内存获取分析后的环境数据,并上传数据到系统控制卡,进而上传至上位机保存。
9.根据权利要求8所述的一种基于Open VPX的高精度高速运动台同步运动控制方法,其特征在于,所述运动控制卡响应伺服中断进入采样进程后,其执行的任务流程如下:(1)通过FIBER总线,从数据采集控制卡读取电涡流信号数据,从光栅信号处理卡读取光栅尺位移测量数据,并将读取到的数据放置到多核DSP的共享内存;
(2)模型运算核从共享内存读取传感器测量数据;
(3)模型运算核并行运算,通过共享内存交互数据,进行运动台位姿解算,得到各自由度位姿数据,并根据新的位姿数据和测量数据计算得到下一位姿数据,进而计算得到电机的控制量信息,存放至共享内存;
(4)通过FIBER总线将共享内存中的电机控制量发送到数据采集控制板卡,再通过光纤发送至多通道模数转换控制器,最后经RS485总线下发到各电机驱动器执行;
(5)采样进程执行结束,回到背景进程,执行背景进程的循环任务。