專利名稱：硬件在環(huán)仿真裝置和硬件在環(huán)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿真技術(shù)，特別是運(yùn)動(dòng)控制的硬件在環(huán)仿真裝置和方法。
背景技術(shù)：
仿真(simulation)是一種利用模型對實(shí)際系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行重現(xiàn)，并通 過對系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來研究該實(shí)際系統(tǒng)的技術(shù)。當(dāng)所研究的實(shí)際系統(tǒng)造價(jià)昂 貴、或?qū)嶒?yàn)的危險(xiǎn)性大、或需要很長的時(shí)間才能了解系統(tǒng)參數(shù)變化所引起的 后果時(shí)，仿真是一種行之有效的研究手段。
仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域和產(chǎn)品，以機(jī)電產(chǎn)品為例機(jī)電產(chǎn)品中具 有各種機(jī)械傳動(dòng)裝置，其工作過程主要包括通過電機(jī)接收來自驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)，并通過電機(jī)中的傳感器將所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移 或角速度，以及輸出這些運(yùn)動(dòng)信號(hào)。為了提高機(jī)械部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī) 定運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成相應(yīng)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和精度，通常采用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過對電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理。目前的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，按機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌 跡，可分為點(diǎn)位、直線、輪廓控制等類型；按電機(jī)的類型，可分為開環(huán)、閉 環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
在對運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)的過程中，常通過選擇合適的仿真模 型，對電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行模擬，以較低的代價(jià)進(jìn)行大量反復(fù)的試 驗(yàn)，以及獲得足夠數(shù)量和質(zhì)量的分析數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)或測試提供幫助。具體來 說，以仿真系統(tǒng)取代實(shí)際的電機(jī)，接收由驅(qū)動(dòng)裝置所輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及 模擬電機(jī)做出反應(yīng)，并將所得到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)裝置，從而檢驗(yàn)該電 機(jī)以及對該電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制是否符合要求。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)往往不是3瓜立的，多個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)之間 常存在著依賴和聯(lián)動(dòng)，為了增加仿真的真實(shí)性，仿真過程必須兼顧到各系統(tǒng) 之間的相互關(guān)系和數(shù)據(jù)交互，因此需要對所有運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行仿真。
目前，業(yè)內(nèi)用于運(yùn)動(dòng)控制工業(yè)設(shè)計(jì)和測試的仿真系統(tǒng)，例如dSPACE， NI仿真 設(shè)計(jì)平臺(tái)和OPAL RT的RT-Lab等，僅能實(shí)現(xiàn)對單個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真， 對于多個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互和仿真則無法處理。
此外，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中需要使用傳感器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)信號(hào)，由于 運(yùn)動(dòng)信號(hào)的多樣性，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中可包括多種類型傳感器，例如模擬傳感 器或數(shù)字傳感器。當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中存在多種類型傳感器時(shí)，現(xiàn)有的仿真系 統(tǒng)多采用軟件模擬產(chǎn)生傳感器信號(hào)，無法真實(shí)模擬出傳感器工作時(shí)的輸出信 號(hào)，因而也就無法實(shí)現(xiàn)測量信號(hào)的完全、實(shí)時(shí)仿真，從而無法完全有效地發(fā) 現(xiàn)控制器及硬件板卡存在的問題與缺陷。
隨著控制技術(shù)的發(fā)展，多個(gè)運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互和同步，以及多種類 型傳感器的同時(shí)使用，是設(shè)計(jì)的必然趨勢和需求，因此，有必要提供一種能 夠適用于多個(gè)運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)以及多種類型傳感器的仿真系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制仿真系統(tǒng)無法適用于多個(gè) 運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)以及多種類型傳感器。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種硬件在環(huán)仿真裝置，與驅(qū)動(dòng)裝 置相連接，用于對包括電機(jī)以及與電機(jī)相連的機(jī)械裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件 在環(huán)仿真，其特征在于，包括運(yùn)動(dòng)模擬單元，用于根據(jù)數(shù)字輸入信號(hào)、電 機(jī)模型以及描述所述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得對應(yīng)的運(yùn)動(dòng) 信號(hào)，以及根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)獲得傳感器測量數(shù)據(jù)，并將所述傳感器測量數(shù) 據(jù)輸出至輸出單元；輸入單元，用于接收來自所述驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得用于輸入所述運(yùn)動(dòng)模擬單元的數(shù)字輸入信號(hào)；所述輸 入單元通過光纖與所述運(yùn)動(dòng)模擬單元相連接，并通過電氣連接線與所述驅(qū)動(dòng) 裝置相連接；輸出單元，接收來自運(yùn)動(dòng)模擬單元的傳感器測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所 述電機(jī)模型，進(jìn)行仿真，并將所述仿真結(jié)果反饋至所述驅(qū)動(dòng)裝置；所述輸出 單元通過光纖與所述運(yùn)動(dòng)模擬單元相連接，并通過電氣連接線與所述驅(qū)動(dòng)裝 置相連接。
可選的，所述輸入單元為4莫數(shù)轉(zhuǎn)換器。
可選的，當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為數(shù)字傳感器時(shí)，所述運(yùn)動(dòng)模擬單元包括 驅(qū)動(dòng)計(jì)算單元，用于接收來自所述輸入單元的數(shù)字輸入信號(hào)，根據(jù)電機(jī)模型， 計(jì)算當(dāng)電機(jī)接收所述數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；運(yùn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算單元， 用于計(jì)算在電機(jī)的所述輸出力的作用下，相連接的機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸對應(yīng)產(chǎn) 生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；傳感器計(jì)數(shù)值單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述電機(jī)的傳 感器模型，計(jì)算出對應(yīng)的傳感器計(jì)數(shù)值。
可選的，所述傳感器為旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺編碼器。
可選的，所述輸出單元包括傳感器才莫型仿真器。
可選的，所述輸出單元包括周期計(jì)算單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)模擬單 元所獲得的傳感器計(jì)數(shù)值以及傳感器模型，以傳感器采樣周期與所述傳感器 計(jì)數(shù)值的比值作為信號(hào)周期并輸出所述信號(hào)周期；波形產(chǎn)生單元，用于才艮據(jù) 所述周期計(jì)算單元所獲得的信號(hào)周期，產(chǎn)生仿真信號(hào)；分頻輸出單元，用于 對所述波形產(chǎn)生單元所獲得的仿真信號(hào)進(jìn)行分頻，并將分頻的仿真信號(hào)輸出 至所述驅(qū)動(dòng)裝置。
可選的，所述周期計(jì)算單元為除法器。
可選的，所述波形產(chǎn)生單元為信號(hào)發(fā)生器。
可選的，當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為模擬傳感器時(shí)，所述運(yùn)動(dòng)模擬單元包括:驅(qū)動(dòng)計(jì)算單元，用于接收來自所述輸入單元的數(shù)字輸入信號(hào)，根據(jù)電機(jī)模型，
計(jì)算當(dāng)電機(jī)接收所述數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；運(yùn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算單元， 用于計(jì)算在電機(jī)的所述輸出力的作用下，相連接的^L械裝置各運(yùn)動(dòng)軸對應(yīng)產(chǎn) 生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；傳感器信號(hào)單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述電機(jī)的傳感 器模型，計(jì)算出對應(yīng)的傳感器仿真信號(hào)的比特值。
可選的，所述傳感器為溫度傳感器。
可選的，所述輸出單元包括傳感器模型仿真器。
可選的，所述輸出單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于將所述傳感器仿真信 號(hào)的比特值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并輸出。
可選的，所述輸出單元還包括后續(xù)處理單元，用于對所述仿真信號(hào)進(jìn)行 后續(xù)處理，并輸出至所述驅(qū)動(dòng)裝置。
可選的，所述后續(xù)處理包括分頻、濾波、放大等一種或多種處理方式。
可選的，所述輸入單元和所述輸出單元構(gòu)成^:口單元。
可選的，所述硬件在環(huán)仿真裝置包括多個(gè)接口單元和多個(gè)運(yùn)動(dòng)4莫擬單元， 接口單元與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元通過電氣線路進(jìn)行連接，其中，每個(gè)接口單元與
對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模擬單元通過光纖進(jìn)行連接，各運(yùn)動(dòng)模擬單元通過同步數(shù)據(jù)總線
或光纖進(jìn)行連接。
本發(fā)明還提供了一種硬件在環(huán)仿真方法，用于對包括電機(jī)以及與電機(jī)相 連的機(jī)械裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，包括根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，計(jì)算出 電機(jī)的數(shù)字輸入信號(hào)；根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)、電機(jī)模型以及描述所述機(jī)械 裝置各運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù) 據(jù)；根據(jù)所述傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置。
可選的，所述電機(jī)模型用于描述電機(jī)所輸出的信號(hào)隨所接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化而變化的對應(yīng)關(guān)系；所述電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型用于描述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng) 軸所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)隨所接收到來自電機(jī)的輸出信號(hào)的變化而變化的對應(yīng)關(guān) 系。
可選的，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)為用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。
可選的，所述^f艮據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，計(jì)算出電機(jī)的數(shù)字輸入信號(hào)，包括對數(shù) 字功率放大器進(jìn)行反向建模，根據(jù)該模型，對所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 獲得當(dāng)所述數(shù)字功率放大器輸出所述驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，其所接收的對應(yīng)的數(shù)字輸 入信號(hào)。
可選的，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)電壓在-10伏至10伏之間變化時(shí)，所對應(yīng)的數(shù)字輸 入信號(hào)在0x000000至0xFFFFFF之間變化。
可選的，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)包括當(dāng)機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸接收到所述輸出力時(shí)， 產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軸位移、或運(yùn)動(dòng)速度。
可選的，所述根據(jù)數(shù)字輸入信號(hào)、電機(jī)模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得 運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)包括根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)以及所述 電機(jī)模型，計(jì)算當(dāng)所述電機(jī)接收到所述數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；根 據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，計(jì)算機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸在所述輸出力的作用下所產(chǎn)生的 運(yùn)動(dòng)信號(hào)；根據(jù)所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī)的傳感器模型，獲得對應(yīng)的傳感 器計(jì)數(shù)值。
可選的，所述傳感器計(jì)數(shù)值用于表示每個(gè)傳感器采樣周期中所包含的仿 真信號(hào)的周期數(shù)。
可選的，所述根據(jù)所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī)的傳感器模型，獲得對應(yīng) 的傳感器計(jì)數(shù)值包括以所述運(yùn)動(dòng)軸位移與編碼器最小分辨位移的比值為所 述傳感器計(jì)數(shù)值。
可選的，當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)軸位移不為編碼器最小分辨位移的整數(shù)倍時(shí)，采用四舍五入的方式獲得所述傳感器計(jì)數(shù)值。
可選的，所述根據(jù)傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)
動(dòng)裝置包括根據(jù)所述傳感器計(jì)數(shù)值，獲得仿真信號(hào)的周期值；根據(jù)所述獲 得的周期值，產(chǎn)生仿真信號(hào)并輸出。
可選的，所述仿真信號(hào)的周期值為所述傳感器采樣周期與所述傳感器計(jì) 數(shù)值的比值。
可選的，采用位差絕對值為90°的AB相正交信號(hào)作為仿真信號(hào)。
可選的，所述根據(jù)數(shù)字輸入信號(hào)、電機(jī)模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得 運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)包括根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)以及所述 電機(jī)模型，計(jì)算當(dāng)所述電機(jī)接收到所述數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；根 據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，計(jì)算機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸在所述輸出力的作用下所產(chǎn)生的 運(yùn)動(dòng)信號(hào)；根據(jù)所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī)的傳感器模型，獲得對應(yīng)的傳感 器計(jì)數(shù)值。
可選的，所述根據(jù)傳感器計(jì)數(shù)值進(jìn)行仿真，獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)動(dòng) 裝置包括對所述仿真信號(hào)的比特值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得模擬信號(hào)并輸出。
可選的，所述硬件在環(huán)仿真方法還包括建立電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸^=莫型以及建立 電機(jī)模型。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與電機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸模型， 通過運(yùn)動(dòng)模擬單元，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)；根據(jù)所述傳 感器測量數(shù)據(jù)，通過輸出單元模擬傳感器的輸出信號(hào)，并將所述模擬的輸出 信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)裝置，使所述硬件在環(huán)仿真裝置能適應(yīng)多種類型傳感器，從 而能夠方便地仿真出使用編碼器或干涉儀反饋的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。


圖l是本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖l運(yùn)動(dòng)模擬單元具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1輸出單元具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置另 一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明硬件在環(huán)仿真方法實(shí)施方式的流程示意圖； 圖7是圖6步驟S具體實(shí)施方式
的流程示意圖； 圖8是圖6步驟S具體實(shí)施方式
的流程示意圖9和圖IO是本發(fā)明硬件在環(huán)仿真方法具體實(shí)施例中，對應(yīng)于大小相同、 方向相反的運(yùn)動(dòng)位移，所產(chǎn)生的仿真信號(hào)的波形示意圖。
具體實(shí)施例方式
一般來說，仿真系統(tǒng)通?？砂▌?dòng)態(tài)案例模型庫和硬件在環(huán)(HIL)仿 真裝置。硬件在環(huán)仿真裝置通過提供大量高速的輸入/輸出通道、人機(jī)界面 (HMI)平臺(tái)以及用于仿真分析的仿真控制單元，使仿真系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)裝置同步運(yùn) 行，并保i正仿真系統(tǒng)的功能和性能。
本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置的實(shí)施方式，根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、電機(jī) 模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，通過運(yùn)動(dòng)模擬單元，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳 感器測量數(shù)據(jù)；根據(jù)所述傳感器測量數(shù)據(jù)，通過輸出單元模擬傳感器的輸出 信號(hào)，并將所述模擬的輸出信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)裝置，使所述硬件在環(huán)仿真裝置 能適應(yīng)不同類型傳感器，不僅包括各種才莫擬傳感器，還可包括增量或絕對式 編碼器、干涉儀等輸出信號(hào)為脈沖形式的數(shù)字傳感器，從而能夠方便地仿真 出使用編碼器或干涉儀反饋的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，解決了在復(fù)雜控制系統(tǒng)中使用 多種類型傳感器進(jìn)行仿真的問題。參考圖1，本發(fā)明實(shí)施方式中提供了一種硬件在環(huán)仿真裝置，與驅(qū)動(dòng)裝置
150相連接，用于對包括電機(jī)以及與電機(jī)相連的機(jī)械裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件 在環(huán)仿真，可包括輸入單元101,用于接收來自所述驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得數(shù)字輸入信號(hào)，并將所獲得的數(shù)字輸入信號(hào)傳輸至 運(yùn)動(dòng)模擬單元102;運(yùn)動(dòng)才莫擬單元102，用于根據(jù)從輸入單元101獲得的數(shù)字 輸入信號(hào)、電機(jī)模型以及描述所述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲 得對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以及根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)獲得傳感器測量數(shù)據(jù)，并將所述 傳感器測量數(shù)據(jù)輸出至輸出單元103;輸出單元103,接收來自運(yùn)動(dòng)模擬單元 102的傳感器測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所述電機(jī)模型，進(jìn)行仿真，并將所述仿真結(jié)果反 饋至所述驅(qū)動(dòng)裝置。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置的實(shí)施方式進(jìn) 行進(jìn)一步說明。
其中，輸入單元101和輸出單元103分別通過光纖與運(yùn)動(dòng)才莫擬單元102 相連接，并且分別通過電氣連接線與所述驅(qū)動(dòng)裝置相連接。
具體來說，輸入單元101可為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字輸入信號(hào)。其中，所述數(shù)字輸入信號(hào)為電積4莫型的輸入信號(hào)。
參考圖2，運(yùn)動(dòng)模擬單元102可包括驅(qū)動(dòng)計(jì)算單元201 ，用于接收來自輸 入單元IOI的數(shù)字輸入信號(hào)，根據(jù)電機(jī)模型，計(jì)算當(dāng)電機(jī)接收所述數(shù)字輸入 信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；運(yùn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算單元202,用于計(jì)算在電機(jī)的所述輸出 力的作用下，相連接的機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸對應(yīng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；傳感器信號(hào) 計(jì)算單元203,用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述電4幾的傳感器才莫型，計(jì)算出對應(yīng) 的傳感器測量數(shù)據(jù)。
其中，當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為數(shù)字傳感器時(shí)，例如旋轉(zhuǎn)編碼器、或光柵 尺編碼器、或干涉儀等，傳感器信號(hào)計(jì)算單元203根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述電機(jī)的傳感器模型，計(jì)算出傳感器計(jì)數(shù)值；當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為模擬傳感 器時(shí)，例如溫度傳感器，傳感器信號(hào)計(jì)算單元203#4居所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述 電機(jī)的傳感器模型，計(jì)算出傳感器仿真信號(hào)的比特值。
輸出單元103可包括后續(xù)處理單元，用于對所述仿真信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理，
并輸出至所述驅(qū)動(dòng)裝置；其中，所述后續(xù)處理可包括分頻、濾波、放大、數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換等一種或多種處理方式。
當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為數(shù)字傳感器時(shí)，參考圖3，輸出單元103可包括 周期計(jì)算單元300，用于根據(jù)運(yùn)動(dòng)模擬單元102所獲得的傳感器計(jì)數(shù)值以及傳 感器模型，以傳感器采樣周期與所述傳感器計(jì)數(shù)值的比值作為信號(hào)周期并輸 出所述信號(hào)周期；波形產(chǎn)生單元301,用于才艮據(jù)周期計(jì)算單元300所獲得的信 號(hào)周期，產(chǎn)生仿真信號(hào)；分頻輸出單元302用于對波形產(chǎn)生單元301所獲得 的仿真信號(hào)進(jìn)行分頻，并將分頻的仿真信號(hào)輸出至所述驅(qū)動(dòng)裝置150。其中， 周期計(jì)算單元300可為除法器；波形產(chǎn)生單元301可為信號(hào)發(fā)生器；分頻輸 出單元302可為分頻器。
當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為^^莫擬傳感器時(shí)，輸出單元103可包4舌模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 用于對運(yùn)動(dòng)模擬單元102所獲得的傳感器仿真信號(hào)的比特值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換， 獲得模擬電壓并輸出。
在本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置的其它實(shí)施方式中，可包括接口單元IIO和 運(yùn)動(dòng)模擬單元102，其中，接口單元201由輸入單元101和輸出單元103組成。
在其它具體實(shí)施中，參考圖4，本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置還可包括多個(gè)接 口單元和多個(gè)運(yùn)動(dòng)才莫擬單元，其中，每個(gè)接口單元與對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)才莫擬單元通 過光纖進(jìn)行連接，每個(gè)接口單元與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元通過電氣線路進(jìn)行連接， 各運(yùn)動(dòng)模擬單元通過同步數(shù)據(jù)總線或光纖進(jìn)行連接。具體來說，接口單元401接收驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將對應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)輸
入至對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)才莫擬單元402,以及接收來自運(yùn)動(dòng)才莫擬單元402所獲得的與運(yùn) 動(dòng)信號(hào)對應(yīng)的所述傳感器計(jì)數(shù)值，根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)裝置所對應(yīng)的模型，進(jìn)行仿 真，并獲得仿真結(jié)果；運(yùn)動(dòng)模擬單元402，根據(jù)從接口單元401獲得的數(shù)字信 號(hào)以及與所述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸對應(yīng)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸i^莫型，獲得對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信 號(hào)，以及根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)獲得傳感器測量數(shù)據(jù)，并將所述傳感器測量數(shù)據(jù) 輸入至對應(yīng)的接口單元401 。
在上述本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置的各種其它實(shí)施方式中，還可包括人機(jī) 界面平臺(tái)，用于對運(yùn)動(dòng)模擬單元的計(jì)算過程以及運(yùn)動(dòng)模擬單元與接口單元、 或運(yùn)動(dòng)模擬單元與輸入單元、輸出單元之間的通信過程進(jìn)行控制。
參考圖5，在本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置的一個(gè)具體實(shí)施例中，包括人機(jī)控 制界面(圖未示)，至少一臺(tái)用于安裝板卡的機(jī)箱501, —塊子系統(tǒng)控制計(jì)算 機(jī)板502，至少一塊仿真控制板503，至少一塊多功能接口板卡504, —個(gè)同 步總線控制器505，高速光纖506及電氣連接線507。
其中，子系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)502用于下載固件、進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的通信； 仿真控制板503作為仿真控制單元，多功能接口板卡504作為接口單元。
機(jī)箱的數(shù)量根據(jù)需要安裝的板卡的數(shù)量和布局決定，仿真控制板的數(shù)量 根據(jù)被仿真的被控子系統(tǒng)的數(shù)量和每個(gè)子系統(tǒng)中仿真模型的計(jì)算復(fù)雜性決 定。多個(gè)仿真控制板可使用高速光纖或同步總線通訊協(xié)同工作；子系統(tǒng)控制 計(jì)算機(jī)板503與仿真控制板502之間通過機(jī)箱501的數(shù)據(jù)總線508進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換；多功能接口板卡504與仿真控制板503之間通過高速光纖506連接， 與驅(qū)動(dòng)裝置中的功率放大控制板509之間采用電氣連接線507連接。
參考圖6,本發(fā)明還提供了一種硬件在環(huán)仿真方法，用于對包括電機(jī)以及 與電機(jī)相連的機(jī)械裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，可包括步驟S1，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，計(jì)算出電機(jī)的數(shù)字輸入信號(hào)；步驟S2，根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)、 電機(jī)模型以及描述所述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)， 以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)；步驟S3，根據(jù)所述傳感器測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行仿真， 獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置。
其中，所述電機(jī)模型用于描述電機(jī)所輸出的信號(hào)隨所接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 的變化而變化的對應(yīng)關(guān)系；所述電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型用于描述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸 所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)隨所接收到來自電機(jī)的輸出信號(hào)的變化而變化的對應(yīng)關(guān) 系。
步驟S1中，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)來自驅(qū)動(dòng)裝置，可為用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算出電機(jī)的數(shù)字輸入信號(hào)具體可包括對數(shù)字功率放大器進(jìn) 行反向建模，根據(jù)該模型，對所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得當(dāng)所述數(shù)字 功率放大器輸出所述驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，其所接收的對應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)。該數(shù)字 輸入信號(hào)作為電積4莫型的輸入信號(hào)。
在具體實(shí)施例中，通過對數(shù)字功率放大器的^t型，建立驅(qū)動(dòng)電壓與數(shù)字 輸入信號(hào)之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，當(dāng)數(shù)字功率放大器輸出-10伏的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)， 其接收的數(shù)字輸入信號(hào)對應(yīng)于0x000000;當(dāng)數(shù)字功率放大器輸出IO伏的驅(qū)動(dòng) 電壓時(shí)，其接收的數(shù)字輸入信號(hào)對應(yīng)于OxFFFFFF;當(dāng)數(shù)字功率放大器輸出的 驅(qū)動(dòng)電壓在-10伏至10伏之間變化時(shí)，相應(yīng)地，其接收的數(shù)字輸入信號(hào)在 0x000000至0xFFFFFF之間變化。
參考圖7，步驟S2可包括步驟S201,根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)以及所述 電機(jī)模型，計(jì)算當(dāng)所述電機(jī)接收到所述^t字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；步 驟S202,根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，計(jì)算機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸在所述輸出力的作用 下所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；步驟S203，根據(jù)步驟S202所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī) 的傳感器模型，獲得對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)。其中，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)可包括當(dāng)機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸接收到所述輸出力時(shí)， 產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軸位移、或運(yùn)動(dòng)速度等。
當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為數(shù)字傳感器時(shí)，所述傳感器測量數(shù)據(jù)為傳感器計(jì) 數(shù)值，所述傳感器計(jì)數(shù)值用于表示每個(gè)傳感器采樣周期中所包含的仿真信號(hào)
的周期數(shù)；當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為模擬傳感器時(shí)，所述傳感器測量數(shù)據(jù)為仿 真信號(hào)的比特值。
以數(shù)字傳感器為例，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)為運(yùn)動(dòng)軸位移，并且以編碼器作為位 置傳感器時(shí)，步驟S203根據(jù)所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及傳感器模型獲得對應(yīng)的傳 感器計(jì)數(shù)值，可通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)以所述運(yùn)動(dòng)軸位移與編碼器最小分辨 位移的比值為所述傳感器計(jì)數(shù)值；當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)軸位移不為編碼器最小分辨位 移的整數(shù)倍時(shí)，采用四舍五入的方式獲得所述傳感器計(jì)數(shù)值。例如，當(dāng)編碼 器最小分辨率為lpm,采樣周期T1內(nèi)待模擬的運(yùn)動(dòng)軸位移為5lim時(shí)，所述 傳感器計(jì)數(shù)值為5，也就是說，需要在一個(gè)采樣周期中獲得5個(gè)周期的仿真信 號(hào)。
當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為數(shù)字傳感器時(shí)，參考圖8,步驟S3可包括步驟 S301，根據(jù)所述傳感器計(jì)數(shù)值，獲得仿真信號(hào)的周期值；步驟S302,根據(jù)步 驟S301所獲得的周期值，產(chǎn)生仿真信號(hào)并輸出。
步驟S301具體來說，所述仿真信號(hào)的周期值可為傳感器采樣周期與所述 傳感器計(jì)數(shù)值的比值。例如，每個(gè)采樣周期為4()()盧，所述傳感器計(jì)數(shù)值為5，
則待產(chǎn)生的仿真信號(hào)的周期為^^ = 80盧；所述傳感器計(jì)數(shù)值為10,則待產(chǎn)
生的仿真信號(hào)的周期為~^一= ^。
各運(yùn)動(dòng)軸所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)位移可為正向或負(fù)向，在步驟S302中，可采用 AB相正交信號(hào)作為仿真信號(hào)。參考圖9和圖10，對應(yīng)于大小相同、方向相反的運(yùn)動(dòng)位移，所產(chǎn)生的仿真信號(hào)波形如圖所示，通過相位差絕對^直為90°的 AB相正交編碼信號(hào)將方向信息加入碼流。
當(dāng)所述電機(jī)的傳感器為模擬傳感器時(shí)，步驟S3可包括對所述仿真信號(hào) 的比特值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得才莫擬信號(hào)并輸出。
在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明石更件在環(huán)仿真方法還可包4舌建立電才幾運(yùn)動(dòng) 軸模型以及建立電機(jī)模型。具體來說，建立電機(jī)模型包括為所有運(yùn)動(dòng)軸的 電機(jī)建模，該模型反映電機(jī)接收數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)的輸出力，以及為所有運(yùn)動(dòng) 軸所使用的電機(jī)的數(shù)字功率放大器進(jìn)行反向建模，該模型反映數(shù)字功率放大 器在輸出驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)對應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)，以該數(shù)字輸入信號(hào)作為電機(jī)模型 的輸入；建立電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型包括為機(jī)械裝置的各運(yùn)動(dòng)軸建立模型，該模 型反映各運(yùn)動(dòng)軸接收到所述輸出力時(shí)，所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有較明顯的有益效果
本發(fā)明實(shí)施方式中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與電機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸模型，通 過運(yùn)動(dòng)模擬單元，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及待模擬傳感器的傳感器測量數(shù)據(jù)，通 過輸出單元模擬傳感器的輸出信號(hào)，并將所述模擬的輸出信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)裝 置。而且，本發(fā)明實(shí)施方式中，對于其傳感器為數(shù)字傳感器的電機(jī)，通過相 位差絕對值為90。的AB (或ABI)相正交編碼信號(hào)^f莫擬出絕對式編碼器或干 涉儀的輸出信號(hào)，從而能夠方便的仿真出使用編碼器或干涉儀反饋的運(yùn)動(dòng)控 制系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明實(shí)施方式中，還可包括多個(gè)接口單元和多個(gè)運(yùn)動(dòng)模擬單元， 通過每個(gè)接口單元與對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模擬單元采用高速光纖進(jìn)行通信，以及各運(yùn) 動(dòng)模擬單元通過同步數(shù)據(jù)總線或光纖進(jìn)行通信，并且，每個(gè)接口單元與對應(yīng) 的驅(qū)動(dòng)單元之間建立電氣信號(hào)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了不同類型傳感器原始輸出信 號(hào)的仿真，并滿足了多個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)仿真的實(shí)時(shí)同步要求。雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例說明如上，但這些較佳實(shí)施例并非用以限 定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力 對該較佳實(shí)施例做出各種改正和補(bǔ)充，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求 書的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種硬件在環(huán)仿真裝置，與驅(qū)動(dòng)裝置相連接，用于對包括電機(jī)以及與電機(jī)相連的機(jī)械裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，其特征在于，包括運(yùn)動(dòng)模擬單元，用于根據(jù)數(shù)字輸入信號(hào)、電機(jī)模型以及描述所述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以及根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)獲得傳感器測量數(shù)據(jù)，并將所述傳感器測量數(shù)據(jù)輸出至輸出單元；輸入單元，用于接收來自所述驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得用于輸入所述運(yùn)動(dòng)模擬單元的數(shù)字輸入信號(hào)；所述輸入單元通過光纖與所述運(yùn)動(dòng)模擬單元相連接，并通過電氣連接線與所述驅(qū)動(dòng)裝置相連接；輸出單元，接收來自運(yùn)動(dòng)模擬單元的傳感器測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所述電機(jī)模型，進(jìn)行仿真，并將所述仿真結(jié)果反饋至所述驅(qū)動(dòng)裝置；所述輸出單元通過光纖與所述運(yùn)動(dòng)模擬單元相連接，并通過電氣連接線與所述驅(qū)動(dòng)裝置相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸入單元為模 數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3. 如權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，當(dāng)所述電機(jī)的傳感 器為數(shù)字傳感器時(shí)，所述運(yùn)動(dòng)模擬單元包括驅(qū)動(dòng)計(jì)算單元，用于接收來自所述輸入單元的數(shù)字輸入信號(hào)，根據(jù)電機(jī) 模型，計(jì)算當(dāng)電機(jī)接收所述數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；運(yùn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算單元，用于計(jì)算在電機(jī)的所述輸出力的作用下，相連接的 機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸對應(yīng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；傳感器計(jì)數(shù)值單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述電機(jī)的傳感器模型， 計(jì)算出對應(yīng)的傳感器計(jì)數(shù)值。
4. 如權(quán)利要求3所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述傳感器為旋轉(zhuǎn) 編碼器或光柵尺編碼器。
5. 如權(quán)利要求4所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸出單元包括 傳感器模型仿真器。
6. 如權(quán)利要求3所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸出單元包括周期計(jì)算單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)模擬單元所獲得的傳感器計(jì)數(shù)值以及 傳感器模型，以傳感器采樣周期與所述傳感器計(jì)數(shù)值的比值作為信號(hào)周期并 輸出所述信號(hào)周期；波形產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述周期計(jì)算單元所獲得的信號(hào)周期，產(chǎn)生仿 真信號(hào)；< >分頻輸出單元，用于對所述波形產(chǎn)生單元所獲得的仿真信號(hào)進(jìn)行分頻， 并將分頻的仿真信號(hào)輸出至所述驅(qū)動(dòng)裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述周期計(jì)算單元 為除法器。
8. 如權(quán)利要求7所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述波形產(chǎn)生單元 為信號(hào)發(fā)生器。
9. 如權(quán)利要求l所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，當(dāng)所述電機(jī)的傳感 器為模擬傳感器時(shí)，所述運(yùn)動(dòng)模擬單元包括驅(qū)動(dòng)計(jì)算單元，用于接收來自所述輸入單元的數(shù)字輸入信號(hào)，根據(jù)電機(jī) 模型，計(jì)算當(dāng)電機(jī)接收所述數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；運(yùn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算單元，用于計(jì)算在電機(jī)的所述輸出力的作用下，相連接的 機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸對應(yīng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；傳感器信號(hào)單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)和所述電機(jī)的傳感器模型，計(jì) 算出對應(yīng)的傳感器仿真信號(hào)的比特值。
10. 如權(quán)利要求9所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述傳感器為溫度傳感器。
11. 如權(quán)利要求10所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸出單元包 括傳感器模型仿真器。
12. 如權(quán)利要求9所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸出單元包括 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于將所述傳感器仿真信號(hào)的比特值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并輸出。
13. 如權(quán)利要求3或9所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸出單元 還包括后續(xù)處理單元，用于對所述仿真信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理，并輸出至所述驅(qū) 動(dòng)裝置。
14. 如權(quán)利要求13所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述后續(xù)處理包 括分頻、濾波、；^文大等一種或多種處理方式。
15. 如權(quán)利要求1所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述輸入單元和所 述輸出單元構(gòu)成接口單元。
16. 如權(quán)利要求15所述的硬件在環(huán)仿真裝置，其特征在于，所述硬件在環(huán)仿 真裝置包括多個(gè)接口單元和多個(gè)運(yùn)動(dòng)模擬單元，接口單元與對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元 通過電氣線路進(jìn)行連接，其中，每個(gè)接口單元與對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)模擬單元通過光 纖進(jìn)行連接，各運(yùn)動(dòng)模擬單元通過同步數(shù)據(jù)總線或光纖進(jìn)行連接。
17. —種硬件在環(huán)仿真方法，用于對包括電機(jī)以及與電4;i4目連的機(jī)械裝置的傳 動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，包括根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，計(jì)算出電機(jī)的數(shù)字輸入信號(hào)；根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)、電機(jī)模型以及描述所述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸的電 機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)；根據(jù)所述傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置。
18. 如權(quán)利要求17所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述電機(jī)模型用于描述電機(jī)所輸出的信號(hào)隨所接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化而變化的對應(yīng)關(guān)系； 所述電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型用于描述機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)隨所接收 到來自電機(jī)的輸出信號(hào)的變化而變化的對應(yīng)關(guān)系。
19. 如權(quán)利要求17所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)為 用于驅(qū)動(dòng)電才幾的馬區(qū)動(dòng)電壓。
20. 如權(quán)利要求19所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，計(jì)算出電機(jī)的數(shù)字輸入信號(hào)，包括對數(shù)字功率放大器進(jìn)行反向建模， 根據(jù)該模型，對所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得當(dāng)所述數(shù)字功率放大器輸 出所述驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，其所接收的對應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)。
21. 如權(quán)利要求19所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)電壓 在-10伏至10伏之間變化時(shí)，所對應(yīng)的數(shù)字輸入信號(hào)在0x000000至OxFFFFFF 之間變化。
22. 如權(quán)利要求17所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)包 括當(dāng)機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸接收到所述輸出力時(shí)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軸位移、或運(yùn)動(dòng)速 度。
23. 如權(quán)利要求22所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)數(shù)字輸 入信號(hào)、電機(jī)模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳感器測 量凄t據(jù)包4舌根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)以及所述電機(jī)模型，計(jì)算當(dāng)所述電機(jī)接收到所述 數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，計(jì)算機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸在所述輸出力的作用下所 產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；根據(jù)所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī)的傳感器模型，獲得對應(yīng)的傳感器計(jì)數(shù)值。
24. 如權(quán)利要求23所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述傳感器計(jì)數(shù) 值用于表示每個(gè)傳感器采樣周期中所包含的仿真信號(hào)的周期數(shù)。
25. 如權(quán)利要求23所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)所獲得 的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī)的傳感器模型，獲得對應(yīng)的傳感器計(jì)數(shù)值包括以所述 運(yùn)動(dòng)軸位移與編碼器最小分辨位移的比值為所述傳感器計(jì)it值。
26. 如權(quán)利要求25所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)軸位 移不為編碼器最小分辨位移的整數(shù)倍時(shí)，采用四舍五入的方式獲得所述傳感 器計(jì)數(shù)值。
27. 如權(quán)利要求23所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)傳感器 測量數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置包括根據(jù)所述傳感器計(jì)數(shù)值，獲得仿真信號(hào)的周期值；根據(jù)所述獲得的周期值，產(chǎn)生仿真信號(hào)并輸出。
28. 如權(quán)利要求27所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述仿真信號(hào)的 周期值為所述傳感器采樣周期與所述傳感器計(jì)數(shù)值的比值。
29. 如權(quán)利要求27所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，采用相位差絕對 值為90°的AB相正交信號(hào)作為仿真信號(hào)。
30. 如權(quán)利要求17所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)數(shù)字輸 入信號(hào)、電機(jī)模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳感器測 量數(shù)據(jù)包括根據(jù)所述數(shù)字輸入信號(hào)以及所述電機(jī)模型，計(jì)算當(dāng)所述電機(jī)接收到所述 數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的輸出力；根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，計(jì)算機(jī)械裝置各運(yùn)動(dòng)軸在所述輸出力的作用下所 產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)信號(hào)；根據(jù)所獲得的運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及電機(jī)的傳感器模型，獲得對應(yīng)的傳感器計(jì)數(shù)值。
31. 如權(quán)利要求30所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)傳感器 計(jì)數(shù)值進(jìn)行仿真，獲得仿真結(jié)果并輸出至驅(qū)動(dòng)裝置包括對所述仿真信號(hào)的 比特值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲得模擬信號(hào)并輸出。
32. 如權(quán)利要求17所述的硬件在環(huán)仿真方法，其特征在于，所述硬件在環(huán)仿 真方法還包括建立電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型以及建立電機(jī)模型。
全文摘要
一種硬件在環(huán)仿真裝置和硬件在環(huán)仿真方法，所述硬件在環(huán)仿真裝置與驅(qū)動(dòng)裝置相連，用于對包括電機(jī)以及與電機(jī)相連的機(jī)械裝置及傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，包括根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、電機(jī)模型以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸模型，通過運(yùn)動(dòng)模擬單元，獲得運(yùn)動(dòng)信號(hào)以及對應(yīng)的傳感器測量數(shù)據(jù)；根據(jù)所述傳感器測量數(shù)據(jù)，通過輸出單元模擬傳感器的輸出信號(hào)，并將所述模擬的輸出信號(hào)反饋至驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明硬件在環(huán)仿真裝置和方法實(shí)施方式能適應(yīng)不同類型傳感器信號(hào)模擬，能方便地仿真出使用編碼器或干涉儀等數(shù)字傳感器作為反饋裝置的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G05B23/02GK101598944SQ20091005324
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者吳小健, 詩 李, 磊 潘, 穆洪德, 銳 陳 申請人:上海微電子裝備有限公司