[發明專利]基于狀態機原理的插補控制方法

在審

• 申請號: 201410850586.0
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104597848A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 唐艷麗;潘再生;施一明;童慶;王挺
• 申請（專利權）人: 浙江中控研究院有限公司
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及運動控制領域，尤其涉及一種基于狀態機原理的插補控制方法。

背景技術

隨著計算機技術、電子技術、自動控制技術、傳感測量技術、機械制造技術的發展和大量運用，運動控制系統裝置的實現主要經歷了三種實現方案的形成：傳統的硬件插補方案、計算機軟件插補方案和采用軟硬件配合的兩級插補方案。

(1)傳統的硬件插補方案

之所以稱為傳統的硬件插補方案，是因為該方案主要應用在早期的數控機床系統中。如1952年世界上第一臺數控機床的控制系統全部采用電子管元器件實現；后來，在1959年，由于晶體管的出現，數控系統中開始廣泛采用晶體管和印刷電路板；從1965年開始，數控系統中又逐步采用一些小規模的集成電路。

此方案下的數控系統全部采用專用的硬件線路完成包括插補在內的各種控制任務，由于其采用的都是各種分立元件和小規模集成電路，整個系統體積龐大、可靠性差、設計線路復雜，非常不利于設備的維護和升級。

(2)計算機軟件插補方案

由于計算機技術的不斷發展，市場上出現了各種小型計算機、微型計算機，數控系統生產廠家認識到，采用計算機軟件插補方案替代原來專用控制線路，不僅經濟上更合算，而且還能大幅度的提高系統性能。直至目前，工廠使用的數控機床，大多仍采用這種完全由計算機軟件實現插補計算。

(3)軟硬件配合的兩級插補方案

由于插補驅動對實時性要求極高，必須在有限的時間內完成插補計算，輸出進給軸的驅動信息。但隨著數控系統的控制功能越來越復雜，對速度的要求越來越高，采用單一的軟件插補方案已顯得力不從心，因此，出現了采用軟硬件相配合的兩級插補方案。

此方案下，為了減輕計算機的插補時間負荷，將插補任務分為兩部分，即由計算機軟件和附加的插補器硬件功能承擔。以加工弓箭輪廓為例，首先，計算機把弓箭輪廓按一定的周期分割為若干段，稱為粗插補，硬件插補器在此基礎上，完成各段內的“數據密化”，并形成脈沖輸出，稱為細插補。

在第(2)種和第(3)種方案下設計實現的系統，在結構和性能上都存在很大的局限性：

①實時性和可靠性差

采用通用的操作系統，與數控無關的任務可能占用了更多的開銷，并且還影響著系統的實時性和穩定性。尤其是在加入加減速控制過程后，數控系統的實時性更是受到極大限制。

②成本高

能滿足數控加工要求的工控機配上運動控制卡，使得系統成本很難降低。

③便攜性不足

由于必須配備相應的工控機，使系統體積龐大且笨重，便攜性方面存在缺陷。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何克服傳統的硬件插補方案體積龐大、可靠性差、設計線路復雜，非常不利于設備的維護和升級的缺點。

為了解決這一技術問題，本發明提供了一種基于狀態機原理的插補控制方法，通過基于IP核上插補控制模塊來實現，包括如下步驟：

S1：初始化被積函數寄存器和余數寄存器；

S2：依據選定的進給軸，得到插補的輸出脈沖數以及左移規格化處理所需移位次數；

S3：對被積函數寄存器中接收到的數據依據步驟S2中得到的所需移位次數進行左移規格化處理，對余數寄存器進行半加載初始化賦值；

S4：依據插補的輸出脈沖數對被積函數寄存器和余數寄存器進行累加操作；

S5：判斷余數寄存器的溢出條件是否滿足；

若滿足，則產生并輸出溢出脈沖，進入步驟S6；

若不滿足，則重復步驟S4，進行下一次累加；

S6：更新動點坐標和被積函數寄存器值，判斷插補的終點條件是否滿足；

若滿足，則所述插補控制模塊進入空閑狀態；

若不滿足，則重復步驟S4，進行下一次累加。

可選的，用于螺旋線插補。

可選的，用于直線插補。

可選的，用于圓弧插補。

用于圓弧插補時，在所述步驟S6中，重復步驟S4時：

若x軸方向到達終點，y軸方向未到達終點，則針對y軸方向對應的被積函數寄存器和余數寄存器進行累加操作；針對x軸方向對應的被積函數寄存器和余數寄存器清零；然后進入步驟S5；

若y軸方向到達終點，x軸方向未到達終點，則針對x軸方向對應的被積函數寄存器和余數寄存器進行累加操作；針對y軸方向對應的被積函數寄存器和余數寄存器清零；然后進入步驟S5；