一 前言

目前，我国的各种工业生产企业都离不开自动化控制系统，在部分大中型企业中，自动化率高达百分之八十。其中，最典型的就是利用伺服上位机系统控制电机的运转驱动其他设备。在整个系统中，上位机主要负责给下位机系统发送指令控制驱动器。随着科技的发展，各行各业逐渐呈现出利用伺服系统实现生产自动化的趋势，而其中作为核心的控制系统更是成为生产效率的保证。上位机控制，作为伺服控制系统的运动发起者，也将越来越广泛地应用在人们的生产生活中，它不仅能实现伺服系统的使能控制,模式切换控制，启停控制，运行速度等功能，而且设计容易实现，成本合理，更容易被接受^[1-3]。

二 研究背景及意义

上位机系统包括主令电器接口电路，伺服驱动器接口电路，微控制器，信号指示电路和电源电路等。

在现代工业控制尤其是高科技精密控制中，伺服系统的应用已经变得越来越广泛。伺服系统，是指以利用数字信号处理器为操作基础，以快速精密控制为特点的自动控制系统。它的最小工作系统通常为PC控制器-伺服驱动器-伺服电机-负载。在控制端，通常有单片机系统，PC机，专业运动控制PLC和专业控制系统四种方案。随着科技的发展，特别是电力电子技术，微电子技术和大规模集成电路的发展，人们对控制效果的准确性、精密性提出了更高的要求。上位控制器恰好是一种能实现信号准确快速传递的控制器。比如在精密仪表的生产上，上位控制器能精确地发送指令通过转矩控制等方式控制生产设备完成仪表的安装。在军事武器的控制上，需要做到信号快速准确地传递，而上位机在控制信号的处理上也能做到非常稳定快速，如通过光电隔离输出控制能有效的传递稳定信号^[4-9]。

在伺服系统的用户不断增多的今天，在需要位置控制，速度控制和扭矩控制的机电一体化设备中，普通的控制器价格昂贵，性价比不高，而具有信号稳定输出，不易干扰等特点的上位控制器逐渐显现出它的优越性，也顺应了当今社会生产的发展趋势^[10]。

三 国内外发展状况

在一个完整的伺服系统中，上位机是直接与用户交流沟通的，因此，在整个控制系统中，上位机通讯模块的设计应当要注意简洁通俗。同时，通讯模块在将指令传达到下位机的同时，将下位机采集的运动信息传达至上位机进行显示监控并调节反馈。在国内，虽然像华中科技大学、广东工业大学等在机械系统，底层控制系统方面做了很多研究，但在上位控制系统的研究上还比较欠缺。其实这也跟国内伺服系统的现状有很大的关系^[11]。

上位控制器产生的信号通常适用于伺服系统的驱动控制，因此，上位机也随着伺服系统的发展而发展。目前，伺服系统经历了三个主要发展阶段：一、20世纪60年代以前，这一时期伺服系统的响应时间相对较短，因此在控制上大多使用开环控制，在信号处理的过程中，效率比较低下，也不存在驱动反馈。二、20世纪70年代，随着大功率晶体管的发展应用，在对电流控制效果上有了很大的改善，出现了很多性能较高的驱动装置。在控制方式上由开环控制变为闭环控制，产生的电流信号持续稳定，下位机的控制效果也能反馈回上位机进行监控。整个系统的控制效果大大增加。三、20世纪80年代至今，这一时期出现了机电一体化的概念，硬件系统不断发展，伺服驱动装置也朝着数字化方向发展。在控制端也实现了电压控制，现代控制理论和计算机总线技术的发展也使得信号控制变得高精度快响应成为现实。位置控制，速度控制，扭矩控制等控制方式也广泛地应用。比如代表目前最先进技术的三菱公司的MR系列和德国的西门子^[12-15]。