[发明专利]一种嵌入式标定平台控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种嵌入式标定平台控制系统，适用于机械领域。

背景技术

随着海洋战略计划的逐步实施和海洋探索的进一步深入，海洋探测技术的发展得到了各国的重视。海流作为海洋水文的基本要素，是海洋调查和物理海洋学研究的基础。但目前研究还不够，没有经济、有效的深海海流计，故亟待研制一种工作稳定、精度高，适于恶劣环境的经济型深海海流传感器。传感器的标定与检测作为传感器研制过程中的重要环节，故经济型标定平台的研制也成了传感器研制一项重要内容。

发明内容

本发明提出了一种嵌入式标定平台控制系统，采用“PC机+运动控制板+光栅尺”的全闭环控制架构，实现低速、高稳定性、高精度的运动控制的目的，使位置精度达到微米级的要求。

本发明所采用的技术方案是：所述基于STM32控制器搭建的全闭环交流伺服控制系统由PC机、运动控制板、伺服驱动器、伺服电机、光栅尺以及机械传动机构等部分组成。

所述控制系统的上位机控制部分选用装有Windows系统的PC机对运动控制板进行控制。用户程序数据通过USB串口模块传送给下位机。下位机是基于UC/OS-II实时操作系统STM32微处理器的运动控制板。运动控制板接收上位机的指令信息，将其解析成速度、脉冲和方向信号输出给伺服驱动器，同时接受三维标定平台的反馈回光栅尺信号，实时对其控制信号进行计算、修正。伺服驱动器进一步对运动控制卡的指令信号转化为电机运行所需的指令信息，保证电机的平稳和精确运行。

所述控制系统选用的处理器为STM32F103zETT6，不仅能够满足现阶段的要求而且为以后的功能升级提供了硬件基础。其控制板主要由电源、JTAG调试、SRAM、FLASH、串口通信、位置检测和GPIO输出模块组成。用于下载和调试程序代码的JTAG模块；光栅尺及主控制板所需的5V和3.3V供电的电源模块；由Renishaw光栅尺和外围的滤波电路组成的位置检测模块，主控制器内部的计数器通过对脉冲的检测，计算出各轴当前的运行速度和位置；监视标定平台的运行状态，同时对主控制器发送回来的数据进行储存，方便后续分析的上位机部分；以及与伺服电机和光栅尺进行通信的GPIO输出模块，伺服电机运动的PWM脉冲信号、方向信号、轴选择信号以及接受光栅尺经过位置检测装置反馈回来的速度和位置信号。

所述控制系统选用了TI公司的STM32F103ZETT6主控制器，搭载UC/OS—II多任务实时操作系统。来调度下列任务：光栅尺AB相计数、串口命令解析、伺服电机控制及零位节任务。

本发明的有益效果是：该控制系统在伺服电机控制方面采用开环和闭环控制相结合的方式，不仅提高了平台的定位精度，还减轻了处理器的运算压力，提高了软件的实时性；上位机采用基于LabVIEW的界面设计，直观监测标定平台的运行状态，并后台存储重要的数据信息。通过实验验证该控制系统满足标定平台速度稳定、定位精度高和低速运行的要求。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统总体构成示意图。

图2是本发明的控制板模块框架图。

图3是本发明的信号传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统由PC机、运动控制板、伺服驱动器、伺服电机、光栅尺以及机械传动机构等部分组成。

控制系统的上位机控制部分选用装有Windows系统的PC机对运动控制板进行控制。用户程序数据通过USB串口模块传送给下位机。下位机是基于UC/OS-II实时操作系统STM32微处理器的运动控制板。运动控制板接收上位机的指令信息，将其解析成速度、脉冲和方向信号输出给伺服驱动器，同时接受三维标定平台的反馈回光栅尺信号，实时对其控制信号进行计算、修正。伺服驱动器进一步对运动控制卡的指令信号转化为电机运行所需的指令信息，保证电机的平稳和精确运行。