NI (美国国家仪器公司)的工控产品使用实时操作系统(RT)来进行伺服控 制，用户可以通过Labview编写相应的控制程序。实时操作系统需要花费较多 的时间去维护系统的运行，从而降低伺服系统的控制性能(采样频率较难提高)， 虽然使用了高性能的处理器作为RT的控制器，但RT对于一些外部设备的处理 存在缺陷，从而影响了系统采样频率的提高。Labview作为通用测试平台软件， 为用户提供了各种方便的测试模块。由于Labview所具有的通用性，所以限制 了它在某些专业领域的深入，例如在光刻机中高速高精的机电控制相关的测试。
NI的工控产品，采用通用的外围设备接口，如16或者18位的A/D接口板、 16位的D/A接口板以及一些通用数字1/0板等等，另外，使用的运动控制卡只 能满足普通电机的控制，如大部分机电产品中电机+编码器的控制方式，其控制 算法固定，较难扩展。
对于类似光刻机中这种高速高精度的运动控制系统，其电机与传感器的组 合形式多种多样，NI通用的外围接口往往很难满足要求，所以需要具有高性能 接口的装置来进行控制系统的集成和测试，另外为了保证高性能的控制，对于 运动控制卡的控制算法也具有较高的要求，所以控制卡除了需要具有较高的性 能，同时还需要采用开放式的结构，能根据需求更新控制算法。
本发明的目的在于提供一种用于高性能运动控制系统的辅助开发、集成和 调试的装置，通过该装置可以对类似光刻机中的高速高精度工作台进行快速控 制原型的开发以及硬件在环仿真，同时本装置还能参与这类工作台的集成、调 试以及运行过程中的状态监控，最大程度的保证设计与实现的一致性。
集成测试装置包括控制器、运动控制卡、多功能数字模拟接口板、接线端子、 第一电源模块、第二电源模块和主背板。该控制器与该运动控制卡相连接；该 多功能数字模拟接口板与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口板和接 线端子之间通过主背板上的现场总线相连接；该第一电源模块为该多功能数字 模拟接口和接线端子提供电源；该第二电源模块为该控制器和运动控制卡提供 电源。
该控制系统集成测试装置还可以包括可分离的前置模块。该可分离的前置 模块包括副多功能数字模拟接口板、副接线端子、副电源模块和副背板。该 副多功能数字模拟接口板与该运动控制卡相连接；该多功能数字模拟接口和副 接线端子之间通过副背板上的现场总线相连接。
该运动控制卡可以与外接终端连接，该外接系统可以在该控制器不参与工 作的情况下运行软件实现对单个运动部件的集成调试和在线维护。该运动控制 卡与外接终端的连接，可以通过串口线，也可以通过网线，还可以通过USB信 号线。
本发明的控制系统集成测试装置使用复杂嵌入式系统的集成，可以方便扩 展系统的功能，利用可视化界面辅助进行系统的集成工作。本装置可实现多轴 的运动控制功能，并且根据需要还可以进一步扩展，满足更多轴的需要。根据
系统的特点，对于多轴控制，本装置可达到2.5kHz以上的采样频率，而对于单 轴控制，那么采样频率能达到10kHz。对于目标对象，本装置能与主系统进行同 时控制，利用备用通道方便的进行系统的故障诊断、参数标定和维护工作。根 据数字化的被控对象模型，可对系统进行各种极限情况下的仿线为控制系统集成测试装置外形图2为可拆分的前置;f莫块外形图3为控制系统集成测试装置軟件平台结构图4为控制系统集成测试装置新组件的开发流程附图中1、控制器；2、高速串行通讯口； 3、运动控制卡；4、 RS485接 口； 5、多功能数字模拟接口板；5、副多功能数字模拟接口板；6、接线，、副接线、 主背板；10、副背板；11、 VME接口； 12、外接终端；13、串口线、命令队列；19、信 息交互外壳；20、外部通讯；21、命令行的输入方式；22、运行状态信息的显 示口； 23、图形化交互界面；24、功能模块组件；25、系统进行封装；26、用 户的集成测试需求和目标对象的接口需求；27、分析测试算法；28、封装系统 的命令接口； 29、设计测试流程；30、组件挂接；31、新命令的操作；32、新 的测试功能。
作进一步的说明。 图1示出了控制系统集成测试装置外形图，它主要由六个部分组成，分别 是控制器1 (目前使用PPC)、运动控制卡3 (MC)、多功能数字模拟接口板5 (MIO)、接线。其中，控制器l有两个主要接口，分别是VME接口 ll和网口 14。运动控制卡3也有 两个主要接口，分别是高速串行通讯口 2(HSSL)和RS485接口 4。控制器1和运 动控制卡3之间可以通过VME接口 ll进行数据通讯。多功能数字模拟接口板 5有一个主要接口2，能与运动控制卡3之间进行高速的数据通讯。多功能数字 模拟接口板5、接线上面的现场总线 连接，从而可以将外部设备的各类信号接入装置，第一电源模块7能够给多功 能数字模拟接口板5和接线提供需要的电源。第二电源模块8只用于给 控制器1和运动控制卡3提供相应的电源。
图2示出了可拆分的前置模块外形图，它只由四个部分组成，分别是相 同的副多功能数字模拟接口板5，、副接线。 前置模块自成一个小系统，能独立工作，可放置在工作现场，并通过高速光纤 与100米外主机上的运动控制卡3进行高速通讯。
本装置主要有两大功能，既可作为产品直接使用，实现平台的运动控制， 同时还能作为辅助工具，对产品进行独立的集成调试和现场的在线维护。
当本发明装置直接作为产品使用时，控制器1将作为整个运动平台的主处 理器，负责根据用户的需求，协调整个平台的运动。控制器1不仅需要实时向 运动控制卡3发出各种指令，同时也可以通过网口 14与上一级系统15进行任 务信息的交互。
当本发明装置用于系统的集成调试和现场维护时，控制器1可以不参与工 作，只有运动控制卡3与调试人员的外接终端12通过串口线 (也可以根据接 口的特性使用网线或者USB信号线)进行连接。在外接终端12上面运行本装 置平台软件，就可以实现对整个子系统单个运动部件的集成调试和在线维护， 另外，平台软件可自动生成仿真模型的代码，并通过外接终端12下载到运动控 制卡3中运行，从而能够直接通过本装置进行硬件在环仿真。根据现场的实际 情况，本发明装置还能分离成两个独立的模块，使维护人员能够在较为安全的 距离对系统进行维护。
软件内核为装置软件平台的处理器，它负责处理平台的一些通用功能，信 息交互外壳19负责处理用户命令的输入输出信息，命令队列18负责进行命令 的排队处理，命令执行器17负责将命令队列18中的每条命令按顺序执行，外 部通讯20负责与运动控制卡进行通讯，处理器内核16负责协调命令执行器17、 命令队列18、信息交互外壳19、外部通讯20之间的执行顺序以及数据的交互；
图4示出了控制系统集成测试装置新组件的开发流程图，首先获取用户的 集成测试需求和目标对象的接口需求26;根据用户需求，分两个步骤同时开发 新的组件，即分析测试算法27和封装系统的命令接口 28;根据分析测试算法 27的要求，设计测试流程29,即完成测试所需要的所有计算过程和系统的操作 流程；根据平台软件接口要求，完成封装系统的命令接口 28后，就可以将新的 组件挂接30到装置软件中；组件挂接完成后，就可.以在命令行的输入方式21 中，进行新命令的操作31;最后，将测试流程29和组件挂接30结合在一起， 就可以生成新的测试功能32。
1、一种控制系统集成测试装置，其特征在于包括控制器；运动控制卡；多功能数字模拟接口板；接线端子；第一电源模块；第二电源模块；和主背板；所述控制器与所述运动控制卡相连接；所述多功能数字模拟接口板与所述运动控制卡相连接；所述多功能数字模拟接口板和接线端子之间通过主背板上的现场总线相连接；所述第一电源模块为所述多功能数字模拟接口和接线端子提供电源；所述第二电源模块为所述控制器和运动控制卡提供电源。
2、 根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述控制 器可以4吏用PPC。
3、 根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述控制 器上可以有VME接口和网口 ，所述VME接口连接所述运动控制卡。
6、 根据权利要求5所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述可分 离的前置模块包括副多功能数字模拟接口板； 副接线端子； 副电源模块；和 副背板；所述副多功能数字模拟接口板与所述运动控制卡相连接；所述多功能数字 模拟接口和副接线端子之间通过副背板上的现场总线所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述控制 器可以与上一级系统进行任务信息的交互。
8、 根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述运动 控制卡可以与外接终端连接，所述外接系统可以在所述控制器不参与工作的情 况下运行软件实现对单个运动部件的集成调试和在线所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述运动 控制卡与外接终端的连接，可以通过串口线，也可以通过网线，还可以通过USB 信号线所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述控 制系统集成测试装置配置了可视化界面。
11、 根据权利要求1所述的控制系统集成测试装置，其特征在于所述控 制系统集成测试装置配置了数学计算模块，能够进行信号处理，所述信号处理 可以包括频i普分析、功率谱分析、相关度分析、伺服系统传递函数分析。
本发明公开了一种控制系统集成测试装置，该装置使用复杂嵌入式系统集成，可方便扩展系统的功能，利用可视化界面辅助进行系统的集成工作。并且能够实现多轴运动控制、高性能运动控制、现场维护和硬件在环仿线日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
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1.振动信号时频分析理论与测试系统设计 2.汽车检测系统设计 3.汽车电子控制系统设计
