控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　控制系統(tǒng)的復(fù)雜性使得軟件設(shè)計(jì)的過程中必須進(jìn)行合理有效的層面和模塊劃分。結(jié)合控制系統(tǒng)硬件和所要呈現(xiàn)的功能，本軟件劃分為應(yīng)用軟件層、核心軟件層和驅(qū)動軟件層，每層根據(jù)功能要求又分為若干功能模塊。如圖2.

圖2. 軟件結(jié)構(gòu)與信息傳遞

　　應(yīng)用軟件層：考慮到系統(tǒng)操作過程中需要運(yùn)用一些開關(guān)來控制電機(jī)或抱閘、一些接口來改變各電機(jī)或壓電陶瓷的運(yùn)行參數(shù)、一些指示燈來發(fā)出正常或報警信號、一些軌跡曲線來實(shí)時監(jiān)控各部分的運(yùn)行情況以及各界面之間的切換等功能，我們選用了最能體現(xiàn)虛擬儀器技術(shù)價值的LabVIEW圖形化編程語言，編寫了友好、方便、靈活的人機(jī)界面。程序的整體采用了主/從結(jié)構(gòu)的編程方式，主要是為了解決多個不同頻率的循環(huán)和循環(huán)之間的信息交互。程序中嵌入了并聯(lián)機(jī)器人的反解模型及控制算法，采用全局變量、局部變量、共享變量等實(shí)現(xiàn)各程序模塊之間及模塊內(nèi)部的信息交互，充分利用用戶事件技術(shù)、通知或隊(duì)列技術(shù)實(shí)現(xiàn)各界面之間的切換，為了避免諸如兩個循環(huán)同時操作一個對象之類的競爭問題，采用了同步技術(shù)。因?yàn)槌绦虮容^大，所要反映的信息多，因此在程序的管理上，我們也充分利用了LabVIEW的高級編程技巧，如為了節(jié)省內(nèi)存和清晰化程序框架及前面板，我們采用了動態(tài)VI控制技術(shù)，不但實(shí)現(xiàn)了子VI的即用即調(diào)，而且實(shí)現(xiàn)了多面板程序設(shè)計(jì)的動態(tài)載入和界面重用。

　　核心軟件層：面向機(jī)器人的軌跡控制與I/O邏輯控制的程序集合，如回零點(diǎn)、連續(xù)運(yùn)行、單軸調(diào)整、軌跡曲線選擇、系統(tǒng)自檢等。該層軟件一方面負(fù)責(zé)完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的精確同步運(yùn)動控制，實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器在操作空間中的精確軌跡;另一方面，該層軟件還需要完成一組通用I/O的輸入輸出控制，實(shí)現(xiàn)對機(jī)構(gòu)運(yùn)動的過程控制以及對外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)控制等，以適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)需要。

　　驅(qū)動軟件層：驅(qū)動軟件是實(shí)現(xiàn)單軸與多軸運(yùn)動控制、D/A轉(zhuǎn)換和硬件I/O控制的函數(shù)集合，包括軸配置、運(yùn)動類型設(shè)置、電機(jī)運(yùn)行和停止等操作函數(shù)。該層軟件主要進(jìn)行運(yùn)動軸參數(shù)設(shè)置、電機(jī)加減速控制、起?？刂?、D/A轉(zhuǎn)換和運(yùn)動I/O的設(shè)置與控制等。該層的函數(shù)主要是控制板卡所帶有的底層功能模塊，可以用這些函數(shù)很方便的根據(jù)自己設(shè)定的控制方案編程實(shí)現(xiàn)上一級的核心控制軟件層。LabVIEW 圖形化語言和LabVIEW RT、Control Design and Simulation Bundle、Labview System identification toolkit, motion assistant等相關(guān)的NI工具包開發(fā)應(yīng)用程序不但使得軟件程序的開發(fā)效率大大提高，而且使得軟件的功能齊全、人機(jī)界面友好。