[發(fā)明專利]基于IP核的運動控制方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410850609.8
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104635625A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐艷麗;潘再生;施一明;童慶;王挺
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于IP核的運動控制方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測量技術(shù)、機械制造技術(shù)的發(fā)展和大量運用，運動控制系統(tǒng)裝置的實現(xiàn)主要經(jīng)歷了三種實現(xiàn)方案的形成：傳統(tǒng)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(tǒng)的硬件插補方案

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

此方案下的數(shù)控系統(tǒng)全部采用專用的硬件線路完成包括插補在內(nèi)的各種控制任務(wù)，由于其采用的都是各種分立元件和小規(guī)模集成電路，整個系統(tǒng)體積龐大、可靠性差、設(shè)計線路復(fù)雜，非常不利于設(shè)備的維護和升級。

(2)計算機軟件插補方案

由于計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，市場上出現(xiàn)了各種小型計算機、微型計算機，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)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(jīng)濟上更合算，而且還能大幅度的提高系統(tǒng)性能。直至目前，工廠使用的數(shù)控機床，大多仍采用這種完全由計算機軟件實現(xiàn)插補計算。

(3)軟硬件配合的兩級插補方案

由于插補驅(qū)動對實時性要求極高，必須在有限的時間內(nèi)完成插補計算，輸出進給軸的驅(qū)動信息。但隨著數(shù)控系統(tǒng)的控制功能越來越復(fù)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(xiàn)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(fù)荷，將插補任務(wù)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(dān)。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(chǔ)上，完成各段內(nèi)的“數(shù)據(jù)密化”，并形成脈沖輸出，稱為細(xì)插補。

在第(2)種和第(3)種方案下設(shè)計實現(xiàn)的系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)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(tǒng)，與數(shù)控?zé)o關(guān)的任務(wù)可能占用了更多的開銷，并且還影響著系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。尤其是在加入加減速控制過程后，數(shù)控系統(tǒng)的實時性更是受到極大限制。

②成本高

能滿足數(shù)控加工要求的工控機配上運動控制卡，使得系統(tǒng)成本很難降低。

③便攜性不足

由于必須配備相應(yīng)的工控機，使系統(tǒng)體積龐大且笨重，便攜性方面存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何克服傳統(tǒng)的硬件插補方案體積龐大、可靠性差、設(shè)計線路復(fù)雜，非常不利于設(shè)備的維護和升級的缺點。

為了解決這一技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于IP核的運動控制方法，至少提供了集成于IP核上的插補控制模塊和速度控制模塊，該方法包括如下步驟：

S1：初始化被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器；

S2：所述插補控制模塊依據(jù)選定的進給軸，得到插補的輸出脈沖數(shù)以及左移規(guī)格化處理所需移位次數(shù)；

S3：所述插補控制模塊對被積函數(shù)寄存器中接收到的數(shù)據(jù)依據(jù)步驟S2中得到的所需移位次數(shù)進行左移規(guī)格化處理，對余數(shù)寄存器進行半加載初始化賦值；

S4：所述插補控制模塊依據(jù)插補的輸出脈沖數(shù)對被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器進行累加操作；

S5：所述插補控制模塊判斷余數(shù)寄存器的溢出條件是否滿足；

若滿足，則產(chǎn)生溢出脈沖，進入步驟S6；

若不滿足，則重復(fù)步驟S4，進行下一次累加；

S6：所述速度控制模塊以特定變化模式的速度將產(chǎn)生的溢出脈沖輸出；

S7：更新動點坐標(biāo)和被積函數(shù)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(tài)；

若不滿足，則重復(fù)步驟S4，進行下一次累加。

所述插補為直線插補。

所述插補為圓弧插補。

在所述步驟S7中，重復(fù)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?qū)?yīng)的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器進行累加操作；針對x軸方向?qū)?yīng)的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)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?qū)?yīng)的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器進行累加操作；針對y軸方向?qū)?yīng)的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器清零；然后進入步驟S5；