技术特征：
1.一种运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，包括：主控卡、运动控制卡、光纤接口卡、传感器采集卡以及机箱，其中，所述机箱设有背板，所述主控卡、运动控制卡以及光纤接口卡安插在所述背板上，且通过背板总线互连；所述主控卡，负责整个系统的控制调度；所述传感器采集卡，将传感器数据转换为光纤信号，并将所述光纤信号通过通信光纤传输至所述光纤接口卡；所述光纤接口卡，将所述传感器采集卡的光纤信号通过内同步转发给所述运动控制卡；所述运动控制卡，根据所述光纤接口卡转发的光纤信号进行处理和计算，获取伺服控制数据；所述传感器采集卡、光纤接口卡以及运动控制卡中均设置有fpga模块，且在所述传感器采集卡、光纤接口卡或者运动控制卡的fpga模块中设置前端计算模块，所述前端计算模块用于前端计算，获取前端计算数据。2.如权利要求1所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述系统还包括数据采集卡，其用于采集上一伺服周期的伺服控制数据，并将其转换为光纤信号，且将该光纤信号通过通信光纤传输至所述光纤接口卡。3.如权利要求1所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述传感器采集卡包括adc模数转换模块、第一fpga模块以及光纤通信接口模块，其中，所述adc模数转换模块将传感器数据转化为数字信号；所述第一fpga模块分别与所述adc模块以及光纤通信接口模块连接，其用作数据通道，将所述数字信号传输至所述光纤通信接口；所述光纤通信接口将所述数字信号转换成光纤信号，并将所述光纤信号传输至所述光纤接口卡。4.如权利要求2所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述光纤接口卡包括光纤通信模块以及第二fpga模块，其中，所述光纤通信模块接收所述传感器采集卡或者所述数据采集卡传输的所述光纤信号；所述第二fpga模块与所述光纤通信模块连接，用作数据通道。5.如权利要求4所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述光纤接口卡还包括内同步总线模块，其设置在所述背板上，所述内同步总线模块接收其他机箱的数据信号，并实现各机箱的伺服周期的同步控制。6.如权利要求2所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述运动控制卡包括时钟模块、第三fpga模块、dsp模块以及程序固化模块，其中，所述第三fpga模块通过vme接口模块与背板总线连接，所述第三fpga模块对所述光纤接口卡转发的光纤信号进行处理，并将处理后的数据传输至所述dsp模块；所述dsp模块与所述第三fpga模块连接，所述dsp模块通过pcie接口模块获取所述第三fpga模块处理后的数据，且根据系统配置，对所述第三fpga模块传输的处理后的数据进行滤波和控制算法的计算，获取伺服控制数据；所述dsp模块还通过emif接口模块将获取的伺服控制数据传输至所述第三fpga模块；
所述时钟模块与所述第三fpga模块连接，为所述第三fpga模块提供时钟信号；所述程序固化模块与所述第三fpga模块连接，其由flash芯片构成，用于存储所述第三fpga模块和dsp模块的运行程序，上电后会自动加载。7.如权利要求6所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述第三fpga模块包括：数据输入模块以及数据缓存模块，其中，所述数据输入模块接收所述光纤接口卡转发的光纤信号，并对所述光纤信号进行转换、合成和解析；所述数据缓存模块由所述第三fpga模块内部的块随机存储器组成，映射pcie接口模块的寄存器空间，供所述dsp模块通过所述pcie接口模块读取数据。8.如权利要求7所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述数据输入模块包括qsfp光模块、fpga串并转换ip核以及协议解析子模块，其中，所述qsfp光模块用于将所述光纤接口卡转发的光纤信号转换为高速差分串行信号，供所述fpga串并转换ip核处理；所述fpga串并转换ip核用于对所述高速差分串行信号进行采样、对齐、解码，组合成并行数据；所述协议解析子模块根据通信协议帧格式，解析出所述并行数据的帧的类型和具体数据。9.如权利要求2所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述前端计算模块包括参数缓存寄存器、数据缓存寄存器、线性校正子模块以及脉动矩阵子模块，其中，所述参数缓存寄存器用于寄存所述数据采集卡或者传感器采集卡获取的初始输入数据，所述传感器数据或者上一伺服周期的伺服控制数据作为所述初始输入数据；所述线性校正子模块，对所述初始输入数据进行线性校正；所述脉动矩阵子模块，对校正后的初始输入数据进行预处理，获取前端计算数据；所述数据缓存寄存器用于缓存所述前端计算数据。10.如权利要求9所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述脉动矩阵子模块由若干个pe乘累加计算单元构成，且每个所述pe乘累加计算单元包含浮点乘法器、浮点加法器以延时寄存器，其中，所述浮点乘法器用于浮点数乘法运算；所述浮点加法器用于浮点数加法运算；所述延时寄存器用于时序匹配。11.如权利要求2所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，在所述前端计算模块设置在所述运动控制板卡的fpga模块中时，所述前端计算模块分别与所述数据输入模块和数据缓存模块连接，且所述前端计算模块根据所述数据输入模块传输的数据进行计算获取前端计算数据，并将该前端计算数据传输至所述数据缓存模块，所述dsp模块通过所述pcie接口模块读取所述前端计算数据，并对所述前端计算数据进行滤波和控制算法的计算，获取伺服控制数据。12.如权利要求1所述的运动控制数据高速协同处理系统，其特征在于，所述主控卡采用powerpc板卡，运行vxworks操作系统。13.一种运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用数据采集卡或者传感器采集卡获取初始输入数据，并将其转换为光纤信号；通过光纤接口卡接收所述光纤信号，并将所述光纤信号通过内同步转发给所述运动控制卡；根据所述光纤接口卡传输的数据进行处理和计算，获取伺服控制数据；在获取伺服控制数据之前还包括前端计算步骤，获取前端计算数据，且所述前端计算步骤在所述传感器采集卡、光纤接口卡或者运动控制卡的fpga模块中实现。14.如权利要求13所述的运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，所述前端计算步骤包括：通过线性校正子模块对所述初始输入数据进行线性校正；通过脉动矩阵子模块对校正后的初始输入数据进行预处理，获取前端计算数据。15.如权利要求14所述的运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，所述初始输入数据的数据格式为无符号的整数矩阵x，通过线性校正子模块对所述初始输入数据进行线性校正的步骤包括：将x
ij
转化为浮点数x
ij”，其中x
ij
为x矩阵中第i行第j列的数据，且i，j＝1,2,3；系统配置参数k，计算浮点数乘法k
×
x
ij”；系统配置参数m，计算浮点数加法kx
ij”+m。16.如权利要求15所述的运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，通过脉动矩阵子模块对校正后的初始输入数据进行预处理的步骤包括：系统配置参数a，计算矩阵乘法z＝y
×
a，其中z为前端计算结果，y＝kx
ij”+m。17.如权利要求14所述的运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，所述初始输入数据的数据格式为无符号的整数矩阵x，通过线性校正子模块对所述初始输入数据进行线性校正的步骤包括：对所述整数矩阵x进行量化误差的估算，确定定点数的位数；系统配置参数k'，计算定点数乘法k'
×
x
ij
'，其中x
ij
'为x矩阵中第i行第j列的数据对应的定点数；系统配置参数m'，计算定点数加法k'x
ij
'+m'。18.如权利要求17所述的运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，通过脉动矩阵子模块对校正后的初始输入数据进行预处理的步骤包括：系统配置参数α'，计算矩阵乘法z'＝y'
×
α'，其中z'为前端计算结果，y'＝k'x
ij
'+m'；将所述计算结果z'转化为浮点数。19.如权利要求13所述的运动控制数据高速协同处理方法，其特征在于，所述前端计算步骤包括：系统配置参数a、k和m，计算z＝x
×
p1+p2，其中x为初始输入数据的无符号的整数矩阵；p1＝kα；p2＝m
×
α，m为每个元素均为m的矩阵；z为前端计算结果。
技术总结
本发明提供了一种运动控制数据高速协同处理系统及方法，其中，所述运动控制数据高速协同处理系统包括：主控卡、运动控制卡、光纤接口卡、传感器采集卡以及机箱，其中，所述机箱设有背板，所述主控卡、运动控制卡以及光纤接口卡安插在所述背板上，且通过所述背板总线互连；所述传感器采集卡、光纤接口卡以及运动控制卡中均设置有FPGA模块，且在所述传感器采集卡、光纤接口卡或者运动控制卡的FPGA模块中设置前端计算模块，所述前端计算模块用于前端计算，获取前端计算数据。本发明将前端计算模块放置在FPGA模块中，缩短计算耗时，缩短伺服周期，进而提高运动控制数据处理速度。进而提高运动控制数据处理速度。进而提高运动控制数据处理速度。
技术研发人员：景文洋 郭林冲 陈丹
受保护的技术使用者：上海微电子装备（集团）股份有限公司
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2023/3/2