一种数字控制信息制造系统与方法及其数据控制流文件技术方案

本发明专利技术公开了一种数字控制信息制造系统与方法及其数据控制流文件。本发明专利技术将数字控制信息标准化，采用接近自然语言的语义结构的表示方式实现数字控制信息的标准化生产。本发明专利技术支持用户的二次开发，为纳米级ＮＵＲＢＳ插值、拟合与逼近提供了一个技术创新平台。在正交／非正交离散坐标系的标架下，用户可以自主采用各种复杂的数值计算技术制造标准化的数字控制信息。本发明专利技术将数字控制信息标准化，将数字控制信息的制造过程标准化，从而催生一个新的ＩＴ产业——数字控制信息制造业。

Digital control information manufacturing system and method and data control flow file thereof

The invention discloses a digital control information manufacturing system and a method and a data control flow file thereof. The invention standardized the digital control information and realized the standardized production of the digital control information by adopting a semantic structure close to the natural language. The invention supports the two development of the user, and provides a technical innovation platform for the nano NURBS interpolation, the fitting and the approximation. Under the frame of the orthogonal / nonorthogonal discrete coordinate system, the user can make a standardized digital control information by using various complicated numerical calculation techniques. The invention standardized the digital control information and standardized the manufacturing process of the digital control information so as to promote a new IT industry digital control information manufacturing industry.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及先进控制与先进制造领域，具体是涉及数字控制信息制造 系统及其制造数字控制信息的方法，以及一种标准化的数字控制信息产品 ——数据控制流文件。
技术介绍
信息时代使现代制造业迅速迈向自动化、数字化、智能化。在这一历 史进程中，计算机数字控制系统扮演了关键角色。现有开放式数字控制系统采用实时操作系统控制下的插补迭代技术。 插补模块是现有数字控制系统的核心模块。插补周期是现有开放式数字控 制系统的关键技术指标。插补周期越短，插补点距越小，零件的加工精度也就越高。高精度加工要求插补周期达到O.lms的数量级。现代数字控制系统已迈向高速、高精度、复杂运动轨迹的运动控制， 纳米插补技术、NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline，非统一有理B样 条)插补技术成为当前运动控制技术研究的热点。直线插补、圆弧插补和 NURBS插补这三种插补技术分别对应零件模型的一阶表示、二阶表示、三 阶(以上)表示。纳米插补涉及64位处理器与64位实时操作系统。NURBS 插补涉及曲线的曲率，是三阶甚至三阶以上的差分方程，其计算过程异常 复杂，需要超高速微处理器。在现有开放式数字控制系统中， 一旦工作机的运动速度提高、或运动 精度提高、或联动轴增加、或联动参数增加，实时操作系统的插补周期必 然以指数形式增大，从而需要更多位数、更高速度的CPU以及实时性更强 可靠性更高的实时操作系统。因此，采用64位高速超高速微处理器与插补 周期达到0.1毫秒甚至微秒级的64位实时操作系统成为现有开放式数字控制系统的发展趋势。换言之，在实质上，现有开放式数字控制系统的技术 进步取决于微处理器的芯片技术。本申请人的在先专利申请《计算机数字控制系统数据流关联控制方法与体系结构》(中国专利申请号200710124304.9)针对常规正交离散坐标 系提出了一种数据流关联控制方法(Data- flow Related Control,简称DRC控制)，取消了实时操作系统与插补迭代算法的实时控制功能，清除了微处 理器芯片与实时操作系统对数字控制系统的一切负面影响，使数字控制系 统告别了插补时代。DRC控制方法简述如下根据工作机的结构常数和工艺参数(如进给 量、进给速度等)，首先确定优化目标，包括短程逼近、最小偏差逼近、最 少拐点逼近等，再根据刀具路径文件库中的刀具路径，选择相应的算法对 轮廓运动进行整体优化；在常规正交离散坐标系进行数值计算生成轮廓运 动的多维关联数据流并予以局部优化；将控制工艺参数的开关视为虚拟坐 标轴，对工艺参数进行数值计算生成工艺参数对主动轴数据流的关联数据 流并予以局部优化；生成多轴多参数的多维关联数据流分布矩阵。DRC控制将复杂的多轴联动的插补迭代控制问题、工艺参数的实时控 制问题以及确定性误差的实时补偿问题统统转化为PC系统中离线进行的 信息处理问题，纳米插补与NURBS插补同样转化为PC系统中离线进行的 信息处理问题，从而将数字控制信息的制造过程软件化，将数字控制技术 软件化。但是上述DRC控制技术还存在不完善之处，主要表现在1、 采用DRC控制方法的PC系统将数字控制信息的制造过程软件化， 也将数字控制技术软件化，这就意味着，所述PC系统是一个可以独立生产、 独立使用的用于制造数字控制信息的装置，可称之为数字控制信息制造系 统。关于所述数字控制信息制造系统的体系结构与功能还须进一步改进。2、 开放式数字控制系统的基本内涵是，用户不必依赖于制造厂商，可 以自主开发用于生产数字控制信息的应用软件，并对现有应用软件进行置换和扩展。这就要求基于PC构建的数字控制信息制造系统必须是一个开放 式的开发平台，从而使数字控制信息制造过程进一步完全软件化，使数字 控制技术进一步完全软件化。3、 对于开放式数字控制系统，欧盟的OSACA计划规定了3个层次的 开放程度人机界面开放、内核有限开放、全开放。在人机界面层，开放 式数字控制系统应能够提供一致性好的人机界面，对于降低人员培训费用， 降低系统维护费用都具有比较重要的意义。从方法上讲，所谓一致性好的 人机界面涉及用户描述控制作业的方式或用户程序所使用的高级语言应该 与数字控制系统中的控制程序具有一定的一致性，包括用户指令与控制程 序中的控制指令在形式上的一致性以及在语义结构上的一致性。4、 现有数字控制技术都建立在笛卡儿坐标系、极坐标系等正交坐标系 上。由于存在制造误差、装配误差以及摩損产生的误差，实际上的直角坐 标工作台、迴转工作台都不是正交坐标系。开放式数字控制信息制造平台 将数字控制信息制造过程进一步完全软件化，将数字控制技术进一步完全 软件化，这就意味着，在开放式数字控制信息制造平台中，制造数字控制 信息的方法可以推广到非正交坐标系，包括存在种种误差的正交坐标系。5、 在现代制造业中，零件图是携带、传递控制信息的唯一载体。数字 控制信息制造系统既然是独立生产、独立使用的用于制造数字控制信息的 装置，那么，数字控制信息制造系统所制造的数字控制信息则成为一种产 品，如何规定该产品的结构以利于标准化也是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是弥补以上不完善之处，提出一种数字控制 信息制造系统以及制造数字控制信息的方法。本专利技术还提出一种用于数字 控制的数据控制流文件。1、本专利技术的数字控制信息制造系统。对于用户程序，本专利技术提出一种数字控制信息制造系统用于离线制造全部数字控制信息。所述数字控制信息用于完成给定控制任务，是直接面 向工作机的，包括多个轴的多轴关联数据流与多个参数的参数关联数据流 即多轴多参数关联数据流，以及控制开关系统的开关控制流。本专利技术的数字控制信息制造系统包括硬件平台、软件平台和应用软件系统；所述硬件平台为PC机；所述软件平台为图形界面操作系统；所述应 用软件系统包括人机界面功能区HMC、可编程逻辑控制功能区PLC、多 轴多参数联动功能区MM (Multi-axis Multi-parameter Machining)以及系 统数据库SD (System Database);所述人机界面功能区HMC用于接收用 户程序；所述可编程逻辑控制功能区PLC用于生成控制开关运动的开关控 制流；所述多轴多参数联动功能区MM用于生成数据控制流文件；所述系 统数据库SD用于储存各种形式的相关数据。进一步地，所述应用软件系统建立在中间件(Middleware)之上，各 功能区均采用应用编程接口 API (Application Programming Interface)。进一步地，所述多轴多参数联动功能区MM包括关联数据流生成模块GRD (Generation of Related Data Stream),用 于生成伺服控制的多轴多参数关联数据流分布矩阵；关联数据流格式化模块FRD (Format of Related Data Stream File), 用于将多轴多参数关联数据流分布矩阵格式化；链接关联数据流的状态表； 链接关联数据流的特征表；生成格式化多轴多参数关联数据流分布矩阵；数据控制流文件生成模块DCFS (Data Control Flow Interface Specification),用于生成系统初始化与系统运行状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字控制信息制造系统，其特征在于：包括硬件平台、软件平台和应用软件系统；所述硬件平台为ＰＣ机；所述软件平台为图形界面操作系统；所述应用软件系统包括人机界面功能区ＨＭＣ、可编程逻辑控制功能区ＰＬＣ、多轴多参数联动功能区ＭＭ以及系统数据库ＳＤ；　　所述人机界面功能区ＨＭＣ用于接收用户程序；　　所述可编程逻辑控制功能区ＰＬＣ用于生成控制开关运动的开关控制流；　　所述多轴多参数联动功能区ＭＭ用于生成数据控制流文件；　　所述系统数据库ＳＤ用于储存各种形式的相关数据。

【技术特征摘要】
1.一种数字控制信息制造系统，其特征在于包括硬件平台、软件平台和应用软件系统；所述硬件平台为PC机；所述软件平台为图形界面操作系统；所述应用软件系统包括人机界面功能区HMC、可编程逻辑控制功能区PLC、多轴多参数联动功能区MM以及系统数据库SD；所述人机界面功能区HMC用于接收用户程序；所述可编程逻辑控制功能区PLC用于生成控制开关运动的开关控制流；所述多轴多参数联动功能区MM用于生成数据控制流文件；所述系统数据库SD用于储存各种形式的相关数据。2. 如权利要求1所述的数字控制信息制造系统，其特征还在于所述 应用软件系统建立在中间件之上，各功能区之间采用应用编程接口 API。3. 如权利要求1所述的数字控制信息制造系统，其特征还在于所述 多轴多参数联动功能区MM包括关联数据流生成模块GRD，用于生成伺服控制的多轴多参数关联数据 流分布矩阵；关联数据流格式化模块FRD，用于将多轴多参数关联数据流分布矩阵 格式化；链接关联数据流的状态表；链接关联数据流的特征表；生成格式 化多轴多参数关联数据流分布矩阵；数据控制流文件生成模块DCFS，用于生成系统初始化与系统运行状态 的状态指令ST;链接所述开关控制流生成开关指令SW;链接所述格式化 多轴多参数关联数据流分布矩阵生成轨迹指令TR;根据用户程序将开关指 令SW、轨迹指令TR和状态指令ST编译成I/0分配程序；将I/0分配程 序、格式化多轴多参数关联数据流分布矩阵、开关控制流编译成数据控制 流文件。4. 如权利要求3所述的数字控制信息制造系统，其特征还在于所述 多轴多参数联动功能区MM还包括精细结构仿真模块SFS，所述精细结构仿真模块SFS用于对多轴多参数关联数据流分布矩阵进行设定标度的模拟 仿真与调整优化。5. 如权利要求1所述的数字控制信息制造系统，其特征还在于所述系统数据库SD包括刀具路径文件库、DCFS文件库、关联数据流数据库、结构常数数据库、工艺参数数据库、系统参数数据库；所述刀具路径文件库，至少储存有零件的刀具路径文件； 所述关联数据流数据库，至少储存有刀具路径的关联数据流数据文件; 所述DCFS文件库，至少储存有零件的DCFS文件、关联数据流的特征表、关联数据流的状态表；所述结构常数数据库，至少储存有工作机轴间的包括不平行度、不垂直度在内的坐标系参数，以及工作机单轴的包括线位移误差、角位移误差、反向间隙在内的精细结构常数；所述工艺参数数据库，至少储存有与加工工艺有关的工艺参数； 所述系统参数数据库，至少储存有包括步进/非步进、进给当量、速度与加速度的上限、环境温度的上限在内的系统参数，以及智能驱动器的初始化参数、可编程数据流控制器的I/O接口的初始化参数。6. 如权利要求5所述的数字控制信息制造系统，其特征还在于 所述关联数据流的特征表包括所述多轴多参数关联数据流分布矩阵的宏观信息，所述宏观信息包括所述多轴多参数关联数据流分布矩阵的维数 即联动坐标轴与联动工艺参数的个数信息、联动坐标轴与联动工艺参数的 代码信息、所述多轴多参数关联数据流的存储容量信息和存储地址信息、 所述开关控制流的存储容量信息和存储地址信息中的一个或多个信息；所述关联数据流的状态表包括每个数据流的微观信息，所述微观信息 包括每个数据流的发送与接收状态信息、传输速度信息、传输比特率信息、 传输比特数信息和传输起始时刻信息中的一个或多个信息。7. —种数字控制信息的制造方法，其特征在于包括以下步骤-步骤l、人机界面功能区接收用户程序；步骤2、根据用户程序，可编程逻辑控制功能区生成控制开关运动的开 关控制流；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：江俊逢，江灏，
申请(专利权)人：江俊逢，江灏，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]