一种数控系统插补方法和数控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数控系统插补算法和数控系统。该方法包括：在实时操作系统层，插补运算线程接收非实时操作系统层传输的实时控制数据；插补运算线程将该实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息；通过总线通信线程回调伺服驱动器的位置控制信息并发送给伺服驱动器。通过本发明专利技术的方案，能够基于实时以太网总线技术进行数控系统插补算法，结构和接线简单、实时性高、传输效率高、传输距离长、抗干扰能力强、稳定性好、易于扩展和维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核心基础类装备制造业
，尤其涉及一种数控系统插补算法和数控系统。
技术介绍
数控机床属于核心基础装备制造业，号称“工业母机”，广泛应用于汽车、航空航天、军事工业以及3C制造等领域。它反映出一个国家制造业的发达程度，是决定一个国家在精密制造成就的高精尖技术。数控系统是数控机床的“大脑”，决定着数控机床的性能、功能、可靠性等关键因素。数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”功能就称为“插补”。插补算法是数控系统最核心的算法之一，影响着数控机床的加工精度、效率、光滑度等关键指标。影响数控插补效果最重要的因素是实时性。一是插补运算的实时性，一是插补控制器与相关设备(比如伺服驱动器、I/O板等)的通信实时性。由于数控系统的插补运算不但实时性要求高，而且运算数据量也大，因此较好的方案是在实时操作系统环境下实现主站的插补运算。目前，关于实时操作系统的研究比较成熟，市面上有很多成熟的产品可供选择，如RTX、VxWorks、uC/OS-II、RT-Linux、QNX等。从实时性、易用性、成熟度、厂商支持力度、可维护性等各方面综合考虑，RTX(windows扩展实时内核子系统)是较合适的选择。在插补控制器与关键的伺服驱动器设备的实时通信方面，目前仍以脉冲技术为主。市场上大多数伺服驱动器以及数控系统都是基于脉冲控制的。脉冲技术的特点是，插补控制器一般通过一块专门的运动控制卡与伺服驱动器以专门的通信线缆连接，以一定速率传输模拟量脉冲控制信号。实时以太网总线技术作为脉冲技术的替代技术，已成为下一步技术发展趋势，正在处于快速发展阶段。总线处于设备的底层，有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点，不仅能使系统与外部装置之间高速传输大量的数据，从而满足高精高速的加工需求，而且能简化系统便于扩展。但长期以来，现场总线互不兼容，各家争论不休，互通与互操作问题很难解决，且存在一些设计缺陷。目前现场总线技术开始转向工业实时以太网。为了满足高实时性能应用的需要，各大公司和标准组织纷纷提出各种提升工业以太网实时性的技术解决方案。这些方案建立在IEEE802.3标准的基础上，通过对其和相关标准的实时扩展提高实时性，并且做到与标准以太网的无缝连接，这就是实时以太网(RealTimeEthernet，简称RTE)。为了规范实时以太网，2003年5月，IEC/SC65C专门成立了WG11实时以太网工作组，负责制定IEC61784-2“基于IOS/IEC8802-3的实时应用系统中工业通信网络行规”国际标准。该标准包括EtherCAT等11种实时以太网行规集，其中有EPA、EtherCAT、Powerlink、PROFINET、Modbus-IDA和Ethernet/IP等6个主要竞争者。目前，上述实时以太网技术的在国内外已有大量的研究，部分标准已有较为成熟的产品，最突出要数EtherCAT。在关键的伺服驱动器方面，国内外已有不少厂商支持EtherCAT。由于以太网实时扩展技术的突破，实时以太网已延伸至运动控制领域，从而成为能覆盖整个工业自动化领域的网络技术。和传统技术相比，实时以太网总线技术具有如下优点：(1)传输速度快，数据包容量大，传输距离长；(2)使用通用以太网元器件，性价比高；(3)可以接入标准以太网，利于实现“E网到底”的管控一体化目标。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种数控系统插补算法和数控系统。，能够基于实时以太网总线技术进行数控系统插补算法，结构和接线简单、实时性高、传输效率高、传输距离长、抗干扰能力强、稳定性好、易于扩展和维护。为了达到上述目的，本专利技术提出了一种数控系统插补算法，该方法包括：在实时操作系统层，插补运算线程接收非实时操作系统层传输的实时控制数据。插补运算线程将实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息。通过总线通信线程回调伺服驱动器的位置控制信息并发送给伺服驱动器。可选地，插补运算线程将实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息包括：插补运算线程根据预设的精度参数将实时控制数据中包含的各个轴的多个控制分量分别离散化为多个等距的微控制分量，并将每个微控制分量作为伺服驱动器的一个驱动步幅；计算每个驱动步幅相对应的连续的时间点以及与该时间点相对应的位置坐标。可选地，该方法还包括：插补运算线程以插补循环的方式完成插补运算。其中，以插补循环的方式完成插补运算包括：从各个从站中分别选取各个轴中所需的驱动步幅数最多的轴，将驱动步幅数最多的轴作为当前从站中的长轴；将当前从站的各个轴中除长轴以外的轴作为短轴。以长轴为基础，每次插补循环取长轴上的一个驱动步幅，直至取完长轴上的全部驱动步幅。在每次插补循环中，取长轴上的一个驱动步幅的同时，在各个短轴上分别依据步数比例取相应的步幅，直至取完长轴上的全部驱动步幅，同时取完各个短轴上的全部驱动步幅。可选地，插补运算线程计算每个驱动步幅中包含的与连续的时间点相对应的位置坐标还包括：插补循环每取一个驱动步幅，根据预设的加速度获取每个驱动步幅所对应的连续的时间点。根据每个驱动步幅的长度和连续的时间点计算出每个驱动步幅中连续的时间点相对应的位置坐标。可选地，该方法还包括：根据每个驱动步幅的长度和预设的加速度计算驱动步幅的平均速度；并通过平均速度计算每个驱动步幅所需的时间。通过总线通信线程回调伺服驱动器的位置控制信息包括：每进行一次插补循环，插补运算线程对当次插补循环之前的全部驱动步幅的所需的时间进行一次累积时间的计算。当该累积时间小于预设的总线通信线程回调周期时，进行下一次插补循环；当该累积时间大于或等于预设的总线通信线程回调周期时，总线通信线程回调所累积的全部驱动步幅，并将全部驱动步幅传输给各个轴的驱动服务器。可选地，该方法还包括：在插补运算线程运行过程中，总线通信线程从输入/输出I/O从站采集附加功能信息；其中，所述附加功能信息包含进给倍率、急停、暂停、原点或手轮信息。每次插补循环检测总线通信线程是否采集到该附件功能信息。。当检测到总线通信线程采集到附加功能信息时，退出插补循环，并针对该附加功能信息进行相应处理。可选地，该方法还包括：在插补运算线程接收非实时操作系统层传输的实时控制数据之前，在非实时操作系统层进行加工路径的光顺处理和速度规划，其中速度规划中包含预设的加速度信息。为了达到上述目的，本专利技术还提出了一种数控系统，该系统包括：插补运算模块、通信总线模块和伺服驱动器。插补运算模块，用于在实时操作系统层，接收非实时操作系统层传输的实时控制数据。插补运算模块，还用于将该实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息。通信总线模块，用于通过总线通信线程回调伺服驱动器的位置控制信息并发送给伺服驱动器。可选地，插补运算模块将实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息包括：插补运算线程根据预设的精度参数将实时控制数据中包含的各个轴的多个控制分量分别离散化为多个等距的微控制分量，并将每个微控制分量作为伺服驱动器的一个驱动步幅；计算每个驱动步幅相对应的连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控系统插补算法，其特点在于，所述方法包括：在实时操作系统层，插补运算线程接收非实时操作系统层传输的实时控制数据；所述插补运算线程将所述实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息；通过总线通信线程回调所述伺服驱动器的位置控制信息并发送给所述伺服驱动器。

【技术特征摘要】
1.一种数控系统插补算法，其特点在于，所述方法包括：在实时操作系统层，插补运算线程接收非实时操作系统层传输的实时控制数据；所述插补运算线程将所述实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息；通过总线通信线程回调所述伺服驱动器的位置控制信息并发送给所述伺服驱动器。2.如权利要求1所述的数控系统插补算法，其特征在于，所述插补运算线程将所述实时控制数据通过预设的插补算法计算出各个从站的伺服驱动器的位置控制信息包括：所述插补运算线程根据预设的精度参数将所述实时控制数据中包含的各个轴的多个控制分量分别离散化为多个等距的微控制分量，并将每个所述微控制分量作为所述伺服驱动器的一个驱动步幅；计算每个驱动步幅相对应的连续的时间点以及与所述时间点相对应的位置坐标。3.如权利要求2所述的数控系统插补算法，其特征在于，所述方法还包括：所述插补运算线程以插补循环的方式完成插补运算；其中，所述以插补循环的方式完成插补运算包括：从各个从站中分别选取各个轴中所需的驱动步幅数最多的轴，将所述驱动步幅数最多的轴作为当前从站中的长轴；将当前从站的各个轴中除所述长轴以外的轴作为短轴；以所述长轴为基础，每次插补循环取所述长轴上的一个驱动步幅，直至取完所述长轴上的全部驱动步幅；在每次插补循环中，取所述长轴上的一个驱动步幅的同时，在各个短轴上分别依据步数比例取相应的步幅，直至取完所述长轴上的全部驱动步幅，同时取完各个短轴上的全部驱动步幅。4.如权利要求2所述的数控系统插补算法，其特征在于，所述插补运算线程计算每个驱动步幅中包含的与连续的时间点相对应的位置坐标还包括：所述插补循环每取一个驱动步幅，根据预设的加速度获取每个驱动步幅所对应的连续的时间点；根据每个驱动步幅的长度和所述连续的时间点计算出每个驱动步幅中所述连续的时间点相对应的位置坐标。5.如权利要求4所述的数控系统插补算法，其特征在于，所述方法还包括：根据每个驱动步幅的长度和所述预设的加速度计算所述驱动步幅的平均速度；并通过所述平均速度计算每个驱动步幅所需的时间；所述通过总线通信线程回调所述伺服驱动器的位置控制信息包括：每进行一次插补循环，所述插补运算线程对当次插补循环之前的全部驱动步幅的所需的时间进行一次累积时间的计算；当所述累积时间小于预设的总线通信线程回调周期时，进行下一次插补循环；当所述累积时间大于或等于预设的总线通信线程回调周期时，总线通信线程回调所累积的全部驱动步幅，并将所述全部驱动步幅传输给各个轴的驱动服务器。6.如权利要求1所述的数控系统插补算法，其特征在于，所述方法还包括：在所述插补运算线程运行过程中，总线通信线程从输入/输出I/O从站采集附加功能信息；其中，所述附加功能信息包含进给倍率、急停、暂停、原点或手轮信息；每次插补循环检测所述总线通信线程是否采集到所述附件功能信息；当检测到所述总线通信线程采集到所述附加功能信息时，退出插补循环，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石韬，王忠卫，郭会昭，陈绕，马文波，程远，
申请(专利权)人：中电和瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11