专利名称：新型伺服控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及伺服控制器，应用于汽车、航天、材料试验以及运动模拟行业，通过对 液压设备的控制和监控，实现对真实系统的仿真和模拟。
背景技术：
现在国内同类技术一般釆用PCI接口控制卡，通过把PCI接口控制卡插入到计算机，通 过PCI接口与其他的信号调理模块通讯，达到控制和监控的目的。但是这种方式存在很多缺
点，比如安装麻烦，价格昂贵，尤其是受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制，可扩展 性差，此种方式一般采用电缆进行信号传输，安装比较麻烦，并且当传输距离较远时，信号 存在衰减的情况，抗干扰能力差。
实用新型内容
鉴于上述，本实用新型的目的是提供一种新型伺服控制器，它充分利用先进的数字控制 技术和稳定快速的光缆进行数字信号传输，通过模块化设计，大大提高了系统的抗干扰能力、 可扩展性和实时性，并且提高了二次开发的接口。
为此，本实用新型采取以下技术方案
一种新型伺服控制器，包括中心处理集线器和节点盒，其中-
所述中心处理集线器采用分布式I/0和星型结构，用光缆与各节点盒连接，通过通讯实 现中心处理集线器与各个节点的交互。 进一步地
所述光缆为Hybrid光缆，采用IP65的工业接头，该光缆由两根光纤和四根电缆组成，两 根光纤负责数字信号的传输，两根电缆负责给节点盒提供运行所需的直流电源，另两根电缆 负责传送环路检测信号。
所述中心处理集线器包括数字信号处理芯片板、现场可编程门阵列芯片接口板、 电源板、USB接口、电源接口、光缆接口、光缆接头、数字I/0口，其中数字信号处 理芯片板装有DSP芯片，USB接口与数字信号处理芯片板的数据口连接；光缆接头与光 缆接口连接；电源接口、光缆接口与现场可编程门阵列芯片接口板连接；现场可编程 门阵列芯片接口板与数字信号处理芯片板连接；数字I/O 口与UPS连接，用来监控UPS 的工作状态。
所述节点盒由DSP/FPGA板、母板、若干信号调理模块以及光缆接头组成，其中 各信号调理模块连接到母板上；母板与DSP/FPGA板连接；光缆接头通过扁平电缆与 DSP/FPGA板进行连接；外部的信号通过电缆穿过电缆走线孔连接到各信号调理模块上。
本实用新型的有益效果是充分利用先进的数字控制技术和稳定快速的光缆进行 数字信号传输，通过模块化设计，大大提高了系统的抗干扰能力、可扩展性和实时性，并且提高了二次开发的接口，它还可通过使用USB接口连接到台式计算机或笔记本上。
图1为本实用新型伺服控制系统构成图； 图2为集线器器内部组成图； 图3为节点盒侧视图； 图4为节点盒工作原理示意图； 图5为模块结构示意图； 图6为两种模块连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细说明。
本实用新型为一种伺服控制器，主要由中心处理集线器和节点盒组成。请参阅图1， 中心处理集线器3采用分布式1/0和星型结构，用光缆2与各节点盒6连接，通过光 缆通讯实现中心处理集线器与各个节点的交互。中心处理集线器可以同时处理16个节 点，如果需要，还可以扩展到更多的节点，5为可扩展模拟l/0口。中心处理集线器带 有一个功能强大的DSP (数字信号处理芯片)，通过USB (通用串行总残)总线连接到 PC机1上。图中4为能源控制盒。
请参阅图2，中心处理集线器由350W的DC24V工业级电源、DSP板(数字信号处 理芯片板)、FPGA I/O板(现场可编程门阵列芯片接口板)、光缆接口、光缆接头、 电源板、电源接口、数字I/O 口以及USB2.0接口组成。其中
DSP板装有DSP芯片，采用TI 200MHZ的TMS320C6713浮点型处理器，最高运算速 度达到1350MIPS。同时使用CPRESS公司的CY7C68013 USB2. 0协议芯片，为DSP系 统搭建起高速数据通路。USB接口与DSP板的数据口连接。光缆接头与光缆接口连接。 电源接口、光缆接口与FPGA 1/0板连接。FPGA 1/0板与数字信号处理芯片板连接。数 字I/O 口与UPS连接，用来监控UPS的工作状态。
DSP程序和FPGA程序每次从PC进行加载，所以易于程序升级。DSP板通过环路检 测信号来检测所有连接的节点是否连接和工作正常。
上述光缆为Hybrid光缆，采用IP65的工业接头。该光缆由两根光纤和四根电缆组成，两 根光纤负责数字信号的传输，两根电缆负责给节点盒提供运行所需的24V直流电源，另两根 电缆负责传送环路检测信号。
请参阅图3，节点盒由DSP/FPGA板、母板、各种调理模块以及光缆接头组成，各 种信号调理模块通过连接器连接到母板上，然后母板再与DSP/FPGA板连接，光缆接头 通过扁平电缆与DSP/FPGA板进行连接。外部的信号通过电缆穿过电缆走线孔连接各个 信号调理模块上。其中DSP/FPGA板采用TI公司TMS320VC5402定点型数字信号处理器 作为主处理器，并采用FPGA作为协处理器负责数据的发送和接收，可以实现对控制对 象的局部闭环控制，并对已接收和将发送的数据进行预处理。节点盒固定在作动器上，采用IP65的工业接头，以防止在作动器的振动过程中， 连接到上面的光缆松动。'节点盒中通过配置不同的信号调理模块，可以处理位移、力、 加速度、温度、压力等物理量，通过伺服阀驱动模块对作动器作精确控制。
信号调理模块主要通过对信号的放大、滤波，然后通过A/D转换器把模拟信号转 换为数字信号，通过FPGA中的数据移入移出模块，把数据读入到FPGA的RAM中，或 者把数据输出给信号输出模块，通过D/A转涣器把数字信号转换为模拟信号，以实现 对控制对象的控制，DSP主要负责对FPGA芯片的初始化配置和数据的简单处理及运算， 然后通过FPGA中的数据包接收和发送模块通过光缆收发器进行数据的接收和发送。
此外，节点盒中的母板上有六个插槽，可以用来放置各种信号调理模块，并且每 个插槽可以插两个模块，两个信号调理模块通过连接器连在一起，然后插入到插槽中。 图5为这两种模块的示意图。模块A与模块B主要的区别是使用的连接器不同，模块 A的连接器为插头，模块B的连接器为插座形式，所以一般为模块A和模块B同时使 用，模块A也可以单独使用，但模块B不能单独使用。
类型A可以单独使用，例如伺服驱动模块。其他模块将需要类型A和类型B — 起使用。图6为类型A和类型B两种模块叠置连接在一起的示意图。
本实用新型伺服控制器系统通过中央集线器中的D S P芯片以及软件对通过节点 盒采集到的数字信号进行相关的数学运算，然后通过FPGA接口板上把运算结果通过光 缆传送到各个节点盒，由信号调理模块把数字信号转换为模拟信号，实现对控制对象 的控制。FPGA芯片作为协处理器对数字信号进行处理，并且有自己的B AM进行数据 存储，并且通过E DMA进行F PGA与D S P之间的数据传输。FPGA同时控制 P C与D S P之间通过U S B进行数据传输。
本实用新型可以达到以下表格中所附指标:
最大通道数16
最大工作频率5 kHz
最大控制激励频率4. 096 kHz, —般1. 024 kHz或2. 098 kHz
控制激励频率范围从100 Hz到5 kHz (从102. 4 Hz到4. 096 KHz)
伺服控制分辨率16位I/O和32位浮点型计算
控制算法类型PID,模式，自适应，需要时可以加入其它算法 不同的控制算法可以同时应用到不同的通道
控制参数力、位移、速度、加速度或其他外部输入信号
本实用新型采用模块化设计，可满足多任务、高精度和高性能的应用要求，它通 过力、位移、速度等反馈实现实时的闭环控制。控制对象可以为液压作动器、电动作 动器以及其他机构。
权利要求1. 一种新型伺服控制器，其特征在于包括中心处理集线器和节点盒，其中所述中心处理集线器采用分布式I/O和星型结构，用光缆与各节点盒连接，通过通讯实现中心处理集线器与各个节点的交互。
2. 如权利要求l所述的新型伺服控制器，其特征在于-所述光缆为Hybrid光缆，采用IP65的工业接头，该光缆由两根光纤和四根电缆组成，两 根光纤负责数字信号的传输，两根电缆负责给节点盒提供运行所需的直流电源，另两根电 缆负责传送环路检测信号。
3. 如权利要求l所述的新型伺服控制器，其特征在于所述中心处理集线器包括数字信号处理芯片板、现场可编程门阵列芯片接口板、 电源板、USB接口、电源接口、光缆接口、光缆接头、数字I/0口，其中数字信号处理芯片板装有DSP芯片，USB接口与数字信号处理芯片板的数据口连接；光缆接头与光缆接口连接；电源接口、光缆接口与现场可编程门阵列芯片接口板连接； 现场可编程门阵列芯片接口板与数字信号处理芯片板连接； 数字I/0口与UPS连接，用来监控UPS的工作状态。
4. 如权利要求1至3之一所述的新型伺服控制器，其特征在于 所述节点盒由DSP/FPGA板、母板、若干信号调理模块以及光缆接头组成，其中 各信号调理模块连接到母板上；母板与DSP/FPGA板连接；光缆接头通过扁平电缆与DSP/FPGA板进行连接； 外部的信号通过电缆穿过电缆走线孔连接到各信号调理模块上。
5. 如权利要求4所述的新型伺服控制器，其特征在于 所述母板上设有6个用于连接所述信号调理模块的插槽。
6. 如权利要求5所述的新型伺服控制器，其特征在于-所述每个插槽中可插入两个信号调理模块，两个信号调理模块通过连接器连在一 起，然后插入到插槽中。
7. 如权利要求4所述的新型伺服控制器，其特征在于所述节点盒的DSP/FPGA板采用TMS320VC5402定点型数字信号处理器作为主处理 器，采用FPGA作为协处理器负责数据的发送和接收，用以实现对控制对象的局部闭环 控制，并对已接收和将发送的数据进行预处理。
专利摘要本实用新型涉及一种新型伺服控制器，包括中心处理集线器和节点盒，其中中心处理集线器包括数字信号处理芯片板、现场可编程门阵列芯片接口板、电源板、USB接口、电源接口、光缆接口、光缆接头、数字I/O口，节点盒由DSP/FPGA板、母板、若干信号调理模块以及光缆接头组成。中心处理集线器采用分布式I/O和星型结构，用光缆与各节点盒连接，通过通讯实现中心处理集线器与各个节点的交互。本实用新型采用模块化设计，可满足多任务、高精度和高性能的应用要求，它通过力、位移、速度等反馈实现实时的闭环控制。控制对象可以为液压作动器、电动作动器以及其他机构。
文档编号G05B19/414GK201259628SQ20082011028
公开日2009年6月17日 申请日期2008年9月1日 优先权日2008年9月1日
发明者胜 魏 申请人:北京宝克测试系统有限公司