控制系统软件概要设计

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目录

1引言 (4)

1.1编写目的 (4)

1.2背景 (4)

1.3定义 (4)

1.4参考资料 (4)

2任务概述 (4)

2.1目标 (4)

2.2运行环境 (4)

2.3需求概述 (5)

3总体设计 (5)

3.1基本设计概念和处理流程 (5)

3.3功能分配 (7)

4接口设计 (8)

4.1用户接口 (8)

4.2外部接口 (8)

4.2.1调试接口： (8)

4.3内部接口 (9)

5运行设计 (10)

5.1运行模块组合 (10)

5.2运行控制 (12)

5.3运行时间 (12)

6系统数据结构设计 (12)

7系统出错处理设计 (12)

7.1出错信息 (12)

7.2补救措施 (12)

1引言

1.1编写目的

为明确上位运动控制系统的系统结构、安排项目规划与进度、制定详细测试计划、组织软件开发与测试，特撰写本文档。

本文档供项目经理、设计人员、开发人员参考。

1.2背景

1.3定义

1.4参考资料

2任务概述

2.1目标

2.2运行环境

硬件及软件环境：

一台工控机：XXXCPU，XXX硬盘，XXX内存，Windows XP，LabVIEW测试环境；

系统运行环境示意图1：

三

轴

控

制

器

1~4

驱

动

器

1~4

图1 子系统环境

2.3需求概述

上位机运动控制子系统主要需求列表如下：

?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。

?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，子系统的处理流程如图2所示：

图2 处理流程

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：

机器人控制器

电磁阀、传感器

力传感器

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

3.3功能分配

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任务调度模块与集成层的接口：

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。

表3 下发指令的簇元素和意义

表4 上传指令的布尔量和意义

4.2.3 任务调度模块与机械手和滑台管理模块的接口

4.2.4上位控制软件与下位控制器软件接口

4.3内部接口

?任务调度模块：

1）与机械手管理模块进行控制信息交互的接口。

2）与滑台管理模块进行控制信息交互的接口。

?机械手管理模块：

1）提供给X轴控制模块下发定位坐标信息的接口；2）提供给Y轴控制模块下发定位坐标信息的接口；3）提供给Z轴控制模块下发使能状态的接口；

4）提供与任务调度模块交互的接口。

?滑台管理模块：

1）提供给DAQ卡的DO/DI通道传递布尔量的接口；2）提供与任务调度模块交互的接口。

?X轴控制模块：

1）提供与命令链模块交互的接口；

2）提供与机械手管理模块交互的接口。

?Y轴控制模块：

1）提供与命令链模块交互的接口；

2）提供与机械手管理模块交互的接口。

?Z轴控制模块：

1）提供与命令链模块交互的接口；

2）提供与机械手管理模块交互的接口

3）提供接收力控制模块实时上传信息的接口。

?命令链模块：

1）提供与X轴控制模块交互电机控制信息的接口；

2）提供与Y轴控制模块交互电机控制信息的接口；

3）提供与Z轴控制模块交互电机控制信息的接口；

4）提供与VISA收发缓冲区交互信息的接口。

?力控制模块：

1）提供给Z轴控制模块实时发送信息的接口。

2）提供与DAQ卡的AI通道的接口；

5运行设计

5.1运行模块组合

5.1.1 XY轴定位流程：

控

制

器

X轴控制模块、Y轴控制模块在接收到命令队列中分发的指令后，获取定位点与XY位置存储器中的数值进行对比产生偏差值，根据偏差值的数值符号（正负）、数值绝对值大小来选择预置的运动控制算法（参数预置）模板，根据不同的算法模板形成电机轴的运行控制指令，通过命令链形成外部控制器可以接收的16进制指令代码下发到外部控制器，外部控制器执行完下发的命令后对上位机发送一个反馈用来更新XY的坐标位置并触发命令序列下发下一条指令。

5.1.2 Z轴定位流程

Z轴控制模块在接收到命令队列中分发的指令后，获取Z轴的状态标志位值，如数值为1（离开原位），则调用Z轴运动控制指令，通过编码形成外部控制器可以接收的16进制指令代码下发到外部控制器。外部控制器执行下发的命令，同时力反馈模块监控根据DAQ的AI通道输入，在AI通道值发生变化后即向Z轴运动控制模块发送信号。此信号用来修改Z 轴运动控制命令进而控制Z轴电机运行状态，使Z轴末端执行器达到预定的压力；压力值达到预定值后调用预置的停机命令使Z轴停止运动。停止命令执行完毕后下位控制器对上位机发送一个反馈用来更新Z轴的状态值。此时如延时有效则触发计时器进行计时，延时值达到设定值后调用Z轴归零命令并下发，Z轴归零后触发命令序列下发下一条指令。

5.1.3 音频设备定位流程

电磁阀

传感器

滑台管理模块在获取控制命令中的滑台状态标志位的值后，如为1（0）则表示滑台要离开（回归）原位，把滑台（音频）气缸对应的DAQ卡上的DO通道状态置ON（OFF），通过电磁阀控制滑台（音频气缸）到达（离开）音频检测位置。此时滑台（音频）气缸的检测开关状态会相应的变化，检测此变化是否产生来决定是否修改音频（滑台）气缸对应的

DO通道状态为ON（OFF）来使音频（滑台）进入（离开）检测位置。音频（滑台）就位（归位）后产生一个触发指令使命令序列继续执行。

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

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。