產(chǎn)品概述

為滿足高校機(jī)電控制類(lèi)、電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)控制方向教學(xué)，為賦能高校老師從事科學(xué)研究，為助力企業(yè)和科研院所開(kāi)發(fā)功能樣機(jī)、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、加速成果產(chǎn)出，公司推出自主研發(fā)的CSPACE控制與半實(shí)物仿真系統(tǒng)。該產(chǎn)品基于ARM Cortex-A9、實(shí)時(shí)Linux和MATLAB/Simulink開(kāi)發(fā)，擁有AD、DA、IO、Encoder、PWM、CAN、SPI等豐富的硬件外設(shè)接口，包含一套功能強(qiáng)大的監(jiān)控軟件。該產(chǎn)品結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和嵌入式實(shí)時(shí)控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）設(shè)計(jì)的功能，是基于模型設(shè)計(jì)（MBD：Model-Based Design）典型的產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)可對(duì)標(biāo)國(guó)際控制與仿真產(chǎn)品的本土化快速控制原型與半實(shí)物仿真系統(tǒng)。

圖1 CSPACE控制與半實(shí)物仿真系統(tǒng)

該平臺(tái)有以下幾大特色：

1、支持RCP快速原型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶仿真模型到嵌入式控制原型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將用戶從復(fù)雜的嵌入式開(kāi)發(fā)中解脫出來(lái)，幫助用戶把精力集中到算法仿真的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證上來(lái)。

2、支持HIL硬件在回路測(cè)試，加速產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)速度，縮短設(shè)計(jì)和驗(yàn)證周期，降低用戶開(kāi)發(fā)測(cè)試成本，并提升產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性。

3、采用實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)，方便大數(shù)據(jù)量、多任務(wù)的處理，方便使用linux豐富的系統(tǒng)資源，如管理與應(yīng)用進(jìn)程、線程、任務(wù)、隊(duì)列、內(nèi)存、文件等。

4、有EtherCAT主站協(xié)議，支持現(xiàn)在通用的高實(shí)時(shí)性的EtherCAT驅(qū)動(dòng)器，滿足用戶對(duì)高動(dòng)態(tài)性能的控制需求，該主站協(xié)議不需要額外付費(fèi)節(jié)省用戶的成本。

5、有Ethernet接口，可以采集該類(lèi)型接口的傳感器等設(shè)備，如視覺(jué)、激光測(cè)距、機(jī)械臂等，滿足用戶多種應(yīng)用需求。

6、IO資源支持廣泛，擁有AD、IO、CAN、RS232、RS485、Camera視覺(jué)、USB Host等接口，滿足不同領(lǐng)域及行業(yè)客戶的差異化需求。

7、提供功能強(qiáng)的上位機(jī)軟件，支持多達(dá)30組以上的控制參數(shù)的下發(fā)，支持多達(dá)18通道的數(shù)據(jù)顯示、保存，方便處理數(shù)據(jù)。

8、可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、航空航天和工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制、機(jī)電一體化控制、新能源、圖像視覺(jué)、軍工等領(lǐng)域。

該系統(tǒng)既可以作為自動(dòng)化、機(jī)器人、機(jī)械電子、電氣工程、機(jī)械工程、電子信息等專(zhuān)業(yè)中的《嵌入式Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》《機(jī)電傳動(dòng)控制》《自動(dòng)控制原理》《現(xiàn)代控制理論》 《智能控制理論》《MATLAB 編程與應(yīng)用》《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》《信號(hào)與系統(tǒng)》《機(jī)器人學(xué)》 《電機(jī)學(xué)》 《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》 等課程的配套工具，也是支撐相關(guān)領(lǐng)域控制算法研究的平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

01 開(kāi)發(fā)流程

CSPACE控制與半實(shí)物仿真系統(tǒng)主要主控計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)控制器（CSPACE）、監(jiān)控上位機(jī)、被控對(duì)象4部分組成。

圖2 CSPACE開(kāi)發(fā)流程

傳統(tǒng)的采用基于需求文檔的手動(dòng)編寫(xiě)代碼的方法，需要反復(fù)試錯(cuò)或執(zhí)行物理原型測(cè)試，如果某項(xiàng)需求發(fā)生變化，您將不得不重新編碼和構(gòu)建整個(gè)軟件系統(tǒng)，繼而會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目延遲數(shù)日乃至數(shù)周。如果使用基于模型的設(shè)計(jì)，則您無(wú)需手寫(xiě)代碼和使用文檔，而是創(chuàng)建系統(tǒng)模型。以協(xié)作機(jī)器人為例，模型由機(jī)械臂、電機(jī)和控制器設(shè)計(jì)組成。您可以隨時(shí)進(jìn)行模型仿真，即時(shí)查看系統(tǒng)行為，測(cè)試多種假設(shè)分析場(chǎng)景，同時(shí)無(wú)需承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)和延遲，也無(wú)需依賴昂貴的硬件。

本公司CSPACE產(chǎn)品采用基于模型設(shè)計(jì)的方法，該方法與傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作流程的兩個(gè)主要區(qū)別：

1、將工作流程中大量費(fèi)時(shí)或易出錯(cuò)的步驟（如代碼生成）自動(dòng)化。

2、從需求捕獲到設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，系統(tǒng)模型始終占據(jù)開(kāi)發(fā)流程的核心。

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，MIL主要用于測(cè)試算法，SIL和PIL主要用來(lái)測(cè)試代碼來(lái)保持代碼與模型的一致性，PIL主要用來(lái)測(cè)試控制器。

02 CSPACE控制器參數(shù)

CSPACE工具箱

基于CSPACE開(kāi)發(fā)的各類(lèi)機(jī)器人

 
 界面軟件（控制、循環(huán)運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集顯示）

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一覽

列表2所列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為可以在本平臺(tái)完成的所有實(shí)驗(yàn)列表，所有實(shí)驗(yàn)程序均在Matlab/Simulink軟件中編寫(xiě)，所有程序源代碼均開(kāi)放，可以自由修改，實(shí)驗(yàn)均配有演示視頻。

 表2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

本科和研究生教學(xué)課程：

1、自動(dòng)控制原理

2、現(xiàn)代控制理論

3、電力電子技術(shù)

4、電力拖動(dòng)系統(tǒng)

5、機(jī)器人學(xué)

6、機(jī)器人建模與仿真

7、機(jī)器人操作系統(tǒng)

8、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

典型教材推薦：

《現(xiàn)代控制系統(tǒng)》謝紅衛(wèi) 電子工業(yè)出版社教授，博導(dǎo)

《UNIX環(huán)境高級(jí)編程》戚正偉 人民郵電出版社 教授，博導(dǎo)

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》 華中科大 楊叔子 院士

《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論（第四版）》 美國(guó)斯坦福大學(xué) John.J.Craig 教授

《機(jī)器人控制技術(shù)》 陳萬(wàn)米，上海大學(xué)教授，博士

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第四版）》顧德英，東北大學(xué)，教授，碩導(dǎo)

《現(xiàn)代控制理論》王宏華 河海大學(xué)教授，博士

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》 熊有倫 華中科技大學(xué) 教授博導(dǎo)，科學(xué)院院士

《MATLAB建模與仿真》 哈爾濱理工大學(xué) 副教授，碩導(dǎo)

支撐科研方向：

1、直流無(wú)刷電機(jī)控制

2、交流異步電機(jī)控制

3、并網(wǎng)逆變器控制器

4、永磁同步電機(jī)控制器

5、機(jī)械臂高精度軌跡跟蹤控制算法研究

6、動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)

7、碰撞檢測(cè)保護(hù)

8、拖動(dòng)示教

9、力位混合控制、柔順控制

10、冗余自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)

11、基于深度學(xué)習(xí)的機(jī)械臂高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制與應(yīng)用

12、雙臂協(xié)作

典型應(yīng)用案例

1)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)：振動(dòng)控制，通過(guò)CSPACE的AD模塊采集加速度信號(hào)，LVDT線性位移傳感器信號(hào)，經(jīng)過(guò)simulink搭建的振動(dòng)控制算法運(yùn)算后，通過(guò)DA或RS232通訊口控制電機(jī)或電流放大器，實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)和主動(dòng)的減振。

2)華南理工大學(xué)、重慶大學(xué)、電子科技大學(xué)：并網(wǎng)逆變器的控制。

3)其它高校：

基于CSPACE控制六軸機(jī)器臂實(shí)驗(yàn)

在MATLAB/Simulink搭建六軸臂的正解、逆解控制算法，下載運(yùn)行在CSPACE中，通過(guò)cSAPCE的兩通道CAN實(shí)時(shí)輸出六軸機(jī)械臂的六個(gè)關(guān)節(jié)的控制指令、讀取六個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)高速串口上傳六個(gè)關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)信息，用戶可以在線查看6個(gè)關(guān)節(jié)的角度、電流，在線更改控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)六軸機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制。

                基于cSPACE的六軸機(jī)械臂控制模型            CAN通信傳輸模塊

接收上位機(jī)控制指令，各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)30度，對(duì)應(yīng)仿真及實(shí)物控制如下圖所示。

             六軸機(jī)械臂正逆解仿真程序     六軸機(jī)械       軌跡規(guī)劃