控制系统软件概要设计02Word格式.docx
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2.3需求概述
上位机运动控制子系统主要需求如下:
Ø
机械臂控制功能:
(1)控制机械臂的XY平面内完成单X轴运动的定位操作;
(2)控制机械臂的XY平面内完成单Y轴运动的定位操作;
(3)控制机械臂的XY平面内完成双轴协同运动的定位操作。
滑台控制功能:
控制滑台的左右移动。
Ø
末端执行器控制功能:
(1)控制机械臂末端执行轴完成对手机操作面的带力反馈的操作;
(2)控制机械臂末端执行轴完成对手机侧操作面的带位置反馈的操作。
3总体设计
3.1基本设计概念和处理流程
针对由集成层下发的命令,机械手子系统的状态转移流程如图2所示:
图2机械手状态机
3.2结构
用一览表及框图的形式说明本系统的系统元素(各层模块、子程序、公用程序等)的划分,扼要说明每个系统元素的标识符和功能,分层次地给出各元素之间的控制与被控制关系.
控制子系统的体系架构如图3所示:
图3控制子系统体系架构
子系统体系结构定义为:
算法层通过“集成层接口”接收下发的控制任务,根据命令内容选择进行“三轴控制”或“滑台控制”。
“三轴控制算法”产生的控制信息传递到“控制器接口软件”,其完成把算法层传递的机械手三轴运动控制的“动态信号”转换成外控制器可以识别的16进制运动控制指令字符串;
指令字符串通过事先指定的串口发送出去。
本系统组件图如图4所示:
图4系统组件图
系统组件详细内容见表1。
序号
组件名
功能描述
1
侧面操作
接受集成层调用和传递的信息,调用XY定位模块、Z轴点击模块、轴识别模块,完成侧面操作,产生调用返回值
2
滑触
接受集成层调用和传递的信息,调用XY定位模块、Z轴点击模块,完成手机触摸屏上的滑触操作,产生调用返回值
3
XY定位
接受集成层调用和传递的目标坐标值,调用单轴或双轴模块,完成点到点的定位控制,产生调用返回值
4
Z轴点击
接受集成层调用和传递的时间延迟,通过Z轴下行模块,根据延时值调用Z轴复位模块,完成调用、产生调用返回值
5
滑台
接受集成层调用,调用步骤决策模块完成调用、产生调用返回值
6
单轴
选择控制轴,调用单轴控制函数模块来形成单轴控制命令并发送
7
双轴
调用双轴控制函数模块,形成轴组控制命令并发送
8
轴识别
识别需要进行侧面操作的方向,选择需要控制的轴
9
Z复位
根据后续状态,选择Z轴复位方式,进行全复位或半复位
10
Z下行
通过实时力反馈控制Z轴完成下压动作
11
步骤决策
在复位操作和到位操作中进行选择
12
X轴控制
根据下发的目标点坐标偏差值,形成X轴电机运动控制命令
13
Y轴控制
根据下发的目标点坐标偏差值,形成Y轴电机运动控制命令
14
Z轴控制
根据下发的状态值,选择Z轴电机的上升或归位运动控制命令
15
命令链
把X和Y轴单轴运动控制指令,转化为XY协同控制命令
16
力控制
根据力反馈数值,与设置的参考值比较,选择Z轴运动控制命令
17
DI扫描
获取DAQ卡上的DI通道寄存器数值,来获取气缸状态
18
DO控制
修改DAQ卡上的DO通道寄存器数值,控制气缸动作
表1系统组件列表
3.3功能分配
本系统中各功能需求与程序模块(组件)之间的关系如表2所示:
功能需求
按键操作
滑动触摸
关联控制
表2功能实现分配表
4接口设计
4.1用户接口
无提供给最终用户的接口。
4.2外部接口
4.2.1调试接口:
通过调试接口对控制器接口软件(程序要连接的外部运动控制器的地址)和VISA(程序使用的串行COM端口的地址、波特率、校验等参数)进行设置。
本接口提供一个设置界面。
4.2.2集成层接口:
任务调度模块由集成层接收测试流程指令,根据测试流程指令生成运动控制子系统的运行控制命令队列。
1)接口的下发命令见表3:
接口规定见软件集成文档
表3下发指令的簇元素和意义
2)接口的上传指令见表4:
表4上传指令的布尔量和意义
4.2.3上位控制软件与下位控制器软件接口
下发命令及回复命令报文结构见下图
下发命令详细信息见附录1。
4.3内部接口
模块
输入
输出
名称
类型
X轴控制子模块
偏差信息
DBL双精度
X轴控制命令
16进制字符串
Y轴控制子模块
Y轴控制命令
Z轴控制子模块
状态信息
U8
Z轴控制命令
命令链子模块
控制命令
硬件控制命令
高低电平序列
力控制子模块
力反馈值
5运行设计
5.1运行模块组合
5.1.1XY定位模块运行流程:
XY定位模块在被调用时,获取集成层下发的目标点位置。
1.根据目标点坐标与机械手当前坐标的偏差选择控制方法,如只有单轴向偏差则调用单轴控制模块,控制X或Y轴运行到目标点。
2.存在双轴向偏差则调用双轴模块和单轴模块生成控制指令,先通过双轴协同控制达到单轴无偏差,然后通过单轴控制指令控制X或Y轴运行到目标点。
3.产生调用返回值,完成调用。
5.1.2Z轴点击模块运行流程
Z轴点击模块在被调用时,获取集成层下发的动作的延时时间。
1.下行操作:
调用Z轴控制模块,控制Z轴下行,在达到设置的选择值后选择相应的力控制模块中的Z轴控制命令,微步进运行直到力反馈值达到限制;
达到压力的限制后,Z轴停止运行并开始延时计时。
2.复位操作:
延时时间到后,调用复位模块,控制Z轴返回原点。
5.1.3侧面操作模块运行流程
侧面操作模块在被调用时,获取集成层下发的动作的起始点。
1.起始点操作:
根据起始点坐标和现在的坐标进行对比,计算偏差值,如有偏差则通过调用XY定位模块进行起始点的定位;
定位完毕后调用Z下行模块完成机械手末端的按下行距离定位。
2.侧面操作:
Z下行动作完成后,根据目标点坐标与临近手机侧面操作点边缘线坐标的偏差值进行轴识别,来决定采用单轴还是双轴协调控制方法控制机械手末端去按压手机侧面操作点;
当末端执行器和手机侧面发生接触后的侵入值需要人工设置。
3.复位操作:
完成侧面操作后,调用XY定位模块,控制机械手返回起始点。
4.结束操作:
调用Z复位模块,Z轴完成复位操作后,产生返回值,返回调用。
5.1.4滑触模块运行流程
滑触模块在被调用时,获取集成层下发的滑触动作的起始点和目标点坐标。
定位完毕后调用Z下行模块通过力控制完成机械手末端的下行按压动作。
2.滑动到结束点:
Z下行动作完成后,根据目标点坐标与起始点坐标的偏差值调用XY定位模块控制机械手运行到滑触动作的目标点。
3.结束点操作:
5.1.5滑台模块运行流程
滑台管理模块在被调用时,通过对滑台现在位置的检测来决定选择何种联动方式。
1.滑台、音频件处于原位时,对应的DAQ卡上的DO通道状态为OFF。
此时调用本模块程序会运行Now-0通道,先控制滑台到位,然后控制音频件到位,完成F0-T1转变后完成模块调用并产生调用返回值。
2.滑台、音频件处于非原位时,对应的DAQ卡上的DO通道状态为ON。
此时调用本模块程序会运行Now-1通道,先控制音频件复位,然后控制滑台复位,完成F1-T0转变后完成模块调用并产生调用返回值。
5.2运行控制
运行控制将严格按照各模块间函数调用关系来实现。
在各事务中心模块中,需对运行控制进行正确的判断,选择正确的运行控制路径。
在命令传输方面,上位机在发送控制数据报文后,将等待下位控制器的确认收到信号,收到后,再次等待下位控制器发送执行完毕的回答数据,然后对数据进行确认。
下位控制器在接到控制数据报文后发送确认信号,在控制命令执行完毕后,将返回信息送回上位机,并等待下一条控制命令的下发。
5.3运行时间
在软体的需求分析中,对运行时间的要求为必须对作出的操作有较快的反应。
上位机与下位控制器的网络硬件接口对运行时间有最大的影响,当网络负载量大时,对操作反应将受到很大的影响。
所以将采用单独检测位置单独通讯接口(RS232)的方式,实现客户机与服务器之间的连接,以减少网络传输上的开销。
6系统数据结构设计
无。
7系统出错处理设计
7.1出错信息
出错名称
系统输出信息
处理方法
无
——
7.2补救措施
如软件运行时因不可预测的原因产生了超出控制的相应时,如外部硬件完整的执行了此意外命令可能会对设备和测试对象产生不可预测的破坏。
考虑到这种情况,对机械手的三个自由自均加装不依赖与上位机的限位中断保护装置,可在意外指令产生破坏前中断其执行。
附录1
Instruction
Type
Motor
Value
说明
1-ROR
0/1/2
√
马达右转
1-ROL
马达左转
3-MST
马达停止
4-MVP
0-ABSabsolute
移动到绝对位置
1-RELrelative
移动到相对位置
2-COORDcoordinate
移动到坐标位置
5-SAP设置轴参数
0-nextposition
下一个位置
1-actualposition
实际位置
2-nextspeed
下一个速度
3-actualspeed
实际速度
4-max.positioningspeed
最大配置速度
5-max.acceleration
最大配置加速度
8-positionreached
位置搜索
9-referenceswitchstatus
参考点开关状态
11-leftlimitswitchstatus
左限位开关状态
12-rightlimitswitchdisable
右限位开关禁用
13-leftlimitswitchdisable
左限位开关禁用
130-minimumspeed
最小速度
135-actualacceleration
实际加速度
138-rampmode
斜坡模式
140-microstepresolution
脉冲分辨率
141-ref.switchtolerance
转换公差
149-softstopflag
软停止标志
153-rampdivisor
斜率
154-pulsedivisor
脉冲率
193-referencesearchmode
参考点寻找模式
194-referencesearchspeed
参考点寻找速度
195-referenceswitchspeed
参考点转换速度
196-referenceswitchdistance
参考点转换距离
209-encoderposition
编码器位置
210-encoderprescaler
编码器倍频数
212-max.encoderdeviation
最大编码器偏差
213-groupindex
分类标志
6-GAP
同上
获取轴参数
7-STAP
存储轴参数
8-RSAP
恢复轴参数
13-RFS
0-STARTstartref.search
开始寻找参考点
1-STOPstopref.search
停止寻找参考点
2-STATUSgetstatus
获取状态
19-CALC
0-ADDadd
加
1-SUBsubtract
减
2-MULmultiply
乘
3-DIVdivide
除
4-MODmodulo
模
5-ANDbitwiseand
与
6-ORbitwiseor
或
7-XORbitwiseexclusiveor
异或
8-NOTbitwisenot
非
9-LOADloadaccumulator
累加
20-COMP
比较
30-SCO
0-coordinat#0
设置坐标
1-coordinat#1
2-coordinat#2
3-coordinat#3
4-coordinat#4
5-coordinat#5
6-coordinat#6
7-coordinat#7
8-coordinat#8
9-coordinat#9
10-coordinat#10
11-coordinat#11
12-coordinat#12
13-coordinat#13
14-coordinat#14
15-coordinat#15
16-coordinat#16
17-coordinat#17
18-coordinat#18
19-coordinat#19
20-coordinat#20
31-GCO
获取坐标
32-CCO
捕捉坐标
36-CLE
0-ALLallerrorflags
清除所有错误
1-ETOtimeouterror
清除超时错误
2-EALext.alarmerror
清除报警
3-EDVdeviationerror
清除偏差
4-EPOpositionerror
清除位置错误
5-ESDshutdownerror
清除关闭错误
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- 控制系统 软件 概要 设计 02