本发明属于数控机床配套模拟伺服设备的技术领域，具体涉及一种脉冲型伺服模拟系统及其控制方法。
背景技术：
随着工业现场环境和对象本身日益庞杂，数控系统己从简单的运动轨迹控制器转变成贯穿数字化制造全过程的系统级平台。为了满足工业领域的现实需要，数控系统对伺服电机的精准位置控制的要求越来越高。伺服驱动器按接口分类可分为脉冲型和总线型两大类，其中脉冲型伺服驱动器以其控制方式简单，接口标准替换方便，价格相对便宜的特性，应用的尤其广泛。
传统测试方法是通过连接伺服电机进行测试，在大规模成批测试的情况下，由于成本的因素，只能提供有限数量的测试伺服和电机，所以往往造成测试不充分或者测试时间变长。由于采用伺服和电机进行测试供电系统采用380伏高压供电，对于测试而言布线比较困难，而且高压电对测试人员的安全也造成威胁。
技术实现要素：
本发明的目的是要解决脉冲型的数控系统是通过连接伺服电机进行测试的技术问题，提供一种为解决数控装置测试提供可靠测试手段的测试设备和方法，降低开发测试成本的脉冲型伺服模拟器及其控制方法。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述一种脉冲型伺服模拟系统系统，包括：
伺服模拟器，其与数控系统连接，接收数控系统发出的命令脉冲，伺服模拟所述命令脉冲并生成模拟数据，伺服模拟器将模拟数据转换为响应信息反馈回数控系统；同时，伺服模拟器采集记录所述命令脉冲的脉冲数据和模拟数据，并与pc机连接进行数据交流；
pc机，其与伺服模拟器连接，设置所述伺服模拟器的伺服模拟参数，也用于控制所述伺服模拟器进行脉冲数据的采样记录；同时，pc机将所述脉冲数据和模拟数据换算成图像信号，输出到显示器；
显示器，其与pc机连接，以图像方式显示脉冲数据，以及显示伺服模拟器的运行状态和参数。
进一步地，所述伺服模拟器包括：
接收电路，其连接数控系统，接收数控系统发出的命令脉冲，并直接从数控系统获取电源；
反馈电路，其连接数控系统，反馈响应信息给数控系统；
传输电路，其连接pc机，与pc机进行通讯和数据交换；
fpga电路，其伺服模拟命令脉冲并生成模拟数据，将所述模拟数据换算成响应信息，同时，fpga电路对命令脉冲的脉冲数据和模拟数据进行采集记录。
所述接收电路和反馈电路分别与fpga电路连接,实现接收数控系统的命令脉冲和反馈响应信息给数控系统；所述传输电路与fpga电路连接，实现pc机对fpga电路的控制通讯、参数设置以及数据采集。
进一步地，所述fpga电路包括asic模块，所述asic模块包括：
脉冲接收单元，其与接收电路连接，接收数控系统发出的方向及位置的命令脉冲，根据方向对位置脉冲数量进行正负计数，生成脉冲数据；
脉冲采集单元，其与脉冲接收单元连接，对脉冲接收单元提供的脉冲数据进行实时采样记录；
伺服模拟单元，其与脉冲接收单元连接，根据脉冲接收单元提供的脉冲数据，结合已设置的模拟伺服参数，生成模拟伺服电机运作的模拟数据；
位置反馈单元，其与伺服模拟单元连接，将伺服模拟单元提供的模拟数据转换为响应信息，位置反馈单元与所述反馈电路连接，将响应信息反馈给数控系统。
进一步地，所述fpga电路包括数据通讯模块，所述数据通讯模块分别于与所述传输电路、伺服模拟单元、脉冲采集单元连接，通过此设计，数据通讯模块代替了cpu的过程控制，具有收发控制，缓冲模块功能，无需独立设置cpu等处理器，从而降低生产成本。
进一步地，所述响应信息包括响应脉冲和状态信号，所述响应脉冲传递的是位置的脉冲信号，所述状态信号是传递伺服模拟的电机使能或非使能的运动状态、伺服报警、超限位的状态。
一种脉冲型伺服模拟系统的控制方法，包括以下步骤：
s1、通过pc机设置伺服模拟器的伺服模拟参数；
s2、伺服模拟器接收数控系统发出的命令脉冲，结合上述s1中的伺服模拟参数进行模拟伺服电机的运作，计算出模拟的伺服电机的模拟数据并换算成响应信息，将所述响应信息反馈回数控系统；
s3、pc机控制伺服模拟器对上述s2中命令脉冲的脉冲数据进行采集，伺服模拟器回传该脉冲数据给pc机进行分析换算，生成换算结果；
s4、显示器以图像形式把换算结果以图形进行显示，同时显示伺服模拟器的运行状态和参数。
具体地，所述s1中伺服模拟参数包括执行部件的运动范围，自动或人为触发模拟伺服反馈；
所述s2中数控系统提供的命令脉冲包括方向和位置脉冲；
所述s3中伺服模拟器对方向和位置脉冲的脉冲变化进行实时采样记录，根据参数要求的精度和数据内容，最大可以采集500毫秒内的方向及位置脉冲；
所述s4中pc机对所述命令脉冲的波形序列进行采样收集，并在显示器上重绘数控系统发送给伺服模拟器的方向及位置脉冲，可综合分析系统指令的速度和位置信息；
具体地，所述s2中的伺服模拟器可以模拟电机使能或非使能的运动状态和运动部件超限位并生成模拟数据；
所述s2中的响应信息包括响应脉冲和状态信号，所述响应脉冲是伺服模拟的电机位置信号，所述状态信号是伺服模拟的电机使能或非使能的运动状态、伺服报警和超限位的状态信号；
所述s2中伺服模拟器对处理后的模拟数据换成的正交编码器信号回传给数控系统，达到仿真的伺服电机执行指令动作的目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的成本比较低，可降低控制系统开发测试的成本。
2.本发明的脉冲接口标准应用广泛，通过简单的更换配线可以适配不同接口的控制系统，模拟不同接口的各种伺服器。
3.本发明的电压低，功耗低，可直接从与控制系统的接口上取电，无需外接电源使用简单方便；更无需外接380伏高压电，保证测试和开发人员的安全。
4.本发明可以作为系统开发过程中的调试手段和调试设备，本发明体积小，携带安装方便，可以在实验室到工业现场的不同场景使用，为开发和调试设备提供绝大方便。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的一种脉冲型伺服模拟系统的总体结构图；
图2是本发明的一种脉冲型伺服模拟系统的fpga内部结构图。
图中：1-伺服模拟器、11-接收电路、12-传输电路、13-fpga电路、131-脉冲接收单元、132-脉冲采集单元、133-伺服模拟单元、134-位置反馈单元、135-数据通讯模块、14-反馈电路、2-pc机、3-显示器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～图2所示，本发明所述的一种脉冲型伺服模拟系统系统，包括伺服模拟器1、pc机2和显示器3，所述伺服模拟器1与pc机2连接，实现两者之间的通讯和数据交换，所述pc机2与显示器3连接；
所述伺服模拟器1接收数控系统发出的命令脉冲，对所述命令脉冲进行模拟伺服并生成模拟数据，并根据模拟数据生成响应信息反馈给数控系统；同时采集记录所述命令脉冲的脉冲数据和所述模拟数据，将其输出给pc机2；
所述pc机2的脉冲分析功能采用跨平台的qtgui编写成，与伺服模拟器1的通讯采用qt内置的串口通讯库实现；所述pc机2用于对所述伺服模拟器1的伺服模拟参数设置，所述伺服模拟参数包括模拟的执行部件的运动参数和范围，自动或人为触发模拟伺服反馈io反馈等；
所述pc机2也用于控制所述伺服模拟器1进行脉冲数据的采样记录，同时对伺服模拟器1提供的脉冲数据和模拟数据其进行分析换算，输出到显示器3上以图像方式显示脉冲数据，以及显示伺服模拟器1的运行状态和参数。
如图1所示的本发明的伺服模拟器1内部组成图，所述伺服模拟器1包括接收电路11、传输电路12、fpga电路13、反馈电路14、；所述接收电路11和反馈电路14与fpga电路13连接,实现接收命令脉冲和反馈响应信息的数据交换；所述传输电路12与fpga电路13连接，实现与pc机2的数据交换。
具体地，所述接收电路11连接数控系统，接收数控系统发出的命令脉冲，并直接从数控系统获取电源；所述反馈电路14连接数控系统，反馈伺服模拟器1生成的响应信息给数控系统；所述传输电路12连接pc机2，与pc机2进行通讯和数据交换；所述fpga电路13对所述命令脉冲进行模拟伺服电机运作并生成模拟数据，将所述模拟数据换算成响应信息，同时对所述命令脉冲和所述模拟数据进行采集记录。
如图2所示为本发明的fpga电路13的内部组成图，所述fpga电路13包括asic模块和数据通讯模块135，所述asic模块包括：脉冲接收单元131、脉冲采集单元132、伺服模拟单元133和位置反馈单元134；
所述数据通讯模块135分别于与所述传输电路12、伺服模拟单元133和脉冲采集单元132连接，一方面接收来自pc机2的指令，控制脉冲采集单元132开始或停止脉冲数据的采集；同时设置伺服模拟单元133的模拟伺服和运动参数，从而让伺服模拟单元133生成不同的模拟数据；另一方面，数据通讯模块135把脉冲采集单元132储存的脉冲数据发送给pc。
脉冲接收单元131，其与接收电路11连接，接收数控系统发出的方向及位置的命令脉冲，根据方向对位置脉冲数量进行正负计数，生成脉冲数据。
伺服模拟单元133，其根据脉冲接收单元141提供的命令脉冲，结合伺服模拟参数，计算出模拟的伺服电机的速度和位置从而生成模拟数据，并且可以模拟电机使能或非使能的运动状态、运动部件超限位等各种情况。
脉冲采集单元132，其与脉冲接收单元131连接，脉冲采集单元132使用内部的ram器件对脉冲接收单元131提供的方向和位置脉冲，在一定时间内的方向和位置脉冲进行实时的采集记录，可以根据参数要求的精度和数据内容进行调整，最大可以采集500毫秒内的方向及位置脉冲。
位置反馈单元134，其分别与伺服模拟单元143和反馈电路14连接，位置信息经过位置反馈单元134转换成正交编码器的响应脉冲，输出到反馈电路14并反馈给数控系统，所述位置反馈单元134同时提供包括电机使能或非使能的运动状态、位置超限位和伺服报警等伺服模拟的状态信号的给数控系统。
一种脉冲型伺服模拟系统的控制方法，包括以下步骤：
s1、通过pc机设置伺服模拟器的伺服模拟参数；
s2、伺服模拟器接收数控系统发出的命令脉冲，结合上述s1中的伺服模拟参数进行模拟伺服电机的运作，计算出模拟的伺服电机的模拟数据并换算成响应信息，将所述响应信息反馈回数控系统；
s3、pc机控制伺服模拟器对上述s2中命令脉冲的脉冲数据进行采集的脉冲数据进行采集，伺服模拟器回传该脉冲数据给pc机进行分析换算，生成换算结果；
s4、显示器以图像形式把换算结果以图形进行显示，同时显示伺服模拟器的运行状态和参数。
所述s1中伺服模拟参数包括执行部件的运动范围，自动或人为触发模拟伺服反馈；
所述s2中数控系统提供的命令脉冲包括方向和位置脉冲，所述伺服模拟器可以模拟电机使能或非使能的运动状态和运动部件超限位并生成模拟数据，所述响应信息包括模拟伺服电机的位置信息的响应脉冲，包括电机使能或非使能的运动状态、位置超限位和伺服报警的状态信号，所述伺服模拟器对处理后的模拟数据换成的正交编码器的脉冲信号和状态信息回传给数控系统，达到仿真的伺服电机执行指令动作的目的；
所述s3中伺服模拟器对方向和位置脉冲的脉冲变化进行实时采样记录，根据参数要求的精度和数据内容，最大可以采集500毫秒内的方向及位置脉冲；
所述s4中pc机对所述命令脉冲的波形序列进行采样收集，并在显示器上重绘数控系统发送给伺服模拟器的方向及位置脉冲，可综合分析系统指令的速度和位置信息。
本发明所述的一种脉冲型伺服模拟系统的工作原理是：通过伺服模拟器对数控系统提供的命令脉冲，进行仿真的模拟伺服，生成模拟数据和响应信息，并将响应信息反馈回数控系统，达到仿真脉冲型伺服模拟的作用；同时对命令脉冲进行采集记录，将脉冲数据、模拟数据输出到pc机；显示器把采集到的脉冲数据和模拟数据以图形的方式进行显示，以分析数控系统指令伺服执行的指令是否符合要求，速度及位置是否与系统要求的相符合；可用于考察数控系统的硬件是否存在故障，控制输出指令是否满足时序和性能的要求。
本实施例所述一种脉冲型伺服模拟系统的其它结构参见现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。