具有二級緩沖的運動控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)旨在提供一種具有二級緩沖的運動控制方法，包括數(shù)據(jù)譯碼步驟、插補(bǔ)運算步驟、寫插補(bǔ)緩沖區(qū)步驟，還包括下列步驟：１）上位機(jī)設(shè)置位控定時中斷，中斷周期為插補(bǔ)周期的一半；２）在雙口ＲＯＭ中開辟二級緩沖區(qū)，通過數(shù)據(jù)同步位定義該緩沖區(qū)的空閑狀態(tài)；３）當(dāng)上位機(jī)位控定時中斷產(chǎn)生時，若數(shù)據(jù)同步位為０，則從位控緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)寫入二級緩沖區(qū)，并將數(shù)據(jù)同步位置１，中斷響應(yīng)結(jié)束；若數(shù)據(jù)同步位為１，中斷響應(yīng)結(jié)束；４）當(dāng)下位機(jī)需要數(shù)據(jù)時，若數(shù)據(jù)同步位為１，從二級緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)同步位置０，下位機(jī)進(jìn)行位控處理，完成對伺服系統(tǒng)的運動控制。本發(fā)明專利技術(shù)實現(xiàn)了上下位機(jī)兩段脈沖數(shù)據(jù)的無縫連接。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及數(shù)控系統(tǒng)的控制方法，具體地講是一種數(shù)控系統(tǒng)中電機(jī)運動控 制方法。
技術(shù)介紹
1、 現(xiàn)有技術(shù)概況在數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)電機(jī)運動控制一般要經(jīng)過譯碼、插補(bǔ)、位控幾個主要步 驟，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中該方法對應(yīng)的程序設(shè)計模型。傳統(tǒng)的運動控制方式是插 補(bǔ)一次數(shù)據(jù)然后等待位控完成后再進(jìn)行下一次插補(bǔ)，由于插補(bǔ)計算量大，尤其 是在進(jìn)行曲面或者連續(xù)小線段插補(bǔ)時，需要進(jìn)行前期的預(yù)處理，速度很慢，但 位控是實時高速的，因此，低速的插補(bǔ)和高速的位控之間存在速度瓶頸。2、 現(xiàn)在流行的運動控制技術(shù)如圖2所示，為了解決此瓶頸，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)一般都采用上下位機(jī)+位控 緩沖區(qū)的方式進(jìn)行工作，上位機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)計算(當(dāng)然包括系統(tǒng)的管理)，然后送 入位控緩沖區(qū)，當(dāng)下位機(jī)的一段數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，將向上位機(jī)產(chǎn)生實時中斷， 上位機(jī)停止當(dāng)前的工作響應(yīng)此中斷，從位控緩沖區(qū)中取出一個數(shù)據(jù)送給下位機(jī) 進(jìn)行位控處理，這樣上位機(jī)只在需要的時候才與下位機(jī)進(jìn)行通訊，其他時間可 以處理自己的任務(wù)，因此效率大大提高，同時能保持?jǐn)?shù)控的實時性。在現(xiàn)在流 行的運動控制技術(shù)中，存在一個上下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性問題，即上位機(jī)的 數(shù)據(jù)何時送入硬件端口。由于上下位機(jī)是兩個獨立的單元，沒有可以共同的數(shù) 據(jù)存儲區(qū)域，同時上下位機(jī)工作在主從方式下，即數(shù)據(jù)流是從上位機(jī)到下位機(jī)， 因此，只能通過下位機(jī)產(chǎn)生中斷而上位機(jī)響應(yīng)中斷的機(jī)制才能及時地將運動控 制數(shù)據(jù)連續(xù)不斷地送入下位機(jī)。由于中斷產(chǎn)生到中斷響應(yīng)有時間延遲，當(dāng)脈沖 頻率低時，此延遲對兩段脈沖的間隔影響較小，但當(dāng)兩段的脈沖頻率比較高時， 此延遲時間影響增大，因此頻率越高，脈沖段之間的連續(xù)性越差，高速加工性 能越差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的旨在針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種通過增加二級緩沖區(qū) 解決上下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)性的問題。本專利技術(shù)的另一目的是通過在下位機(jī)位置控制器中增加待發(fā)緩沖區(qū)，利用其 運動的空閑時間進(jìn)行位控計算，實現(xiàn)了上下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o縫連接。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種，包括上位機(jī)完成數(shù)據(jù)譯碼步驟、插補(bǔ) 運算得出插補(bǔ)數(shù)據(jù)步驟、插補(bǔ)數(shù)據(jù)寫入位控緩沖區(qū)步驟，其特征在于，它還進(jìn)一步包括下列步驟1) 首先上位機(jī)設(shè)置位控定時中斷，中斷周期為插補(bǔ)運算步驟中插補(bǔ)周期的一半；2) 接著釆用雙口 ROM執(zhí)行上位機(jī)與下位機(jī)的通信，同時在雙口 ROM中開辟二級 緩沖區(qū)，通過數(shù)據(jù)同步位定義該緩沖區(qū)的空閑狀態(tài)；3) 當(dāng)上位機(jī)位控定時中斷產(chǎn)生時，若數(shù)據(jù)同步位為0，則從位控緩沖區(qū)取出插 補(bǔ)數(shù)據(jù)寫入二級緩沖區(qū)，并將數(shù)據(jù)同步位設(shè)為l，中斷響應(yīng)結(jié)束；若數(shù)據(jù)同步位 為l，中斷響應(yīng)結(jié)束；4) 當(dāng)下位機(jī)需要插補(bǔ)數(shù)據(jù)時，若數(shù)據(jù)同步位為1，從二級緩沖區(qū)取出插補(bǔ)數(shù)據(jù) 并將數(shù)據(jù)同步位設(shè)為0，下位機(jī)進(jìn)行位控處理，完成對伺服系統(tǒng)的運動控制。另外，所述下位機(jī)包括位置控制器，在位置控制器中開辟待發(fā)緩沖區(qū)，利 用位置控制器的空閑時間進(jìn)行位控計算，待發(fā)緩沖區(qū)的具體實現(xiàn)方法如下若檢測位置控制器處于空閑狀態(tài)，則將二級緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)取出，同時數(shù)據(jù) 同步位置0，位置控制器計算該數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為運動控制信息，控制器將信息寫入 待發(fā)緩沖區(qū)；當(dāng)檢測到運動控制器當(dāng)前運動狀態(tài)結(jié)束時，若待發(fā)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)，從待發(fā) 緩沖區(qū)中取出運動控制信息送入下位機(jī)的硬件插補(bǔ)設(shè)備中并設(shè)置待發(fā)緩沖區(qū)為 空；若待發(fā)緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)，則從二級緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)，直接計算運動控制信 息，然后繞過待發(fā)緩沖區(qū)送入硬件插補(bǔ)設(shè)備中。所述二級緩沖區(qū)和待發(fā)緩沖區(qū)各有一個節(jié)點的空間。本專利技術(shù)的技術(shù)效果如下本專利技術(shù)引入二級緩沖區(qū)可以使上位機(jī)減少中斷等待時間，時刻處于高效運行狀態(tài)，其直接好處就是可以減小位置控制器的位控周期，從而提高運動控制 的實時性；同時位控模塊可以根據(jù)緩沖數(shù)據(jù)群來分析運動趨勢，進(jìn)行有效的前 饋速度處理，從而達(dá)到高速高精度運動控制；由于本專利技術(shù)中上位機(jī)中斷時間為 脈沖運動時間(插補(bǔ)周期的一半)，因此能保證位控數(shù)據(jù)的連續(xù)性，同時由于引 入了待發(fā)緩沖區(qū)，利用位置控制器運動的空閑時間進(jìn)行位控計算，因此，兩段 脈沖數(shù)據(jù)之間的間隔僅為位置控制器從待發(fā)緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)到寫入插補(bǔ)硬件的 對間， 一般小于lus (納秒級)，實現(xiàn)了上下位機(jī)兩段脈沖數(shù)據(jù)的無縫連接。 附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)的軟件流程圖2為現(xiàn)有技術(shù)中流行的運動控制模型對應(yīng)的軟件流程圖； 圖3為本專利技術(shù)的硬件原理結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本專利技術(shù)上位機(jī)的中斷響應(yīng)軟件流程圖； 圖5為本專利技術(shù)二級緩沖區(qū)的工作模式； 圖6為本專利技術(shù)下位機(jī)的軟件流程圖。 具體實施例方式下邊結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說明本專利技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上引入了二級緩沖區(qū)和待發(fā)緩沖區(qū)，這兩個緩沖 區(qū)各只需要一個節(jié)點的空間即可保證兩段脈沖頻率的連續(xù)性。如圖3所示，在現(xiàn)有的上下位機(jī)硬件中一般都有一個雙口 ROM來作為上下位機(jī)的通信渠道，而 且下位機(jī)一般都有位置控制器(采用32位數(shù)字信號處理器簡稱DSP)和硬件插 補(bǔ)模塊(采用系統(tǒng)可編程器件簡稱ISP)等具有運算能力的單元，本專利技術(shù)把二級緩 沖區(qū)設(shè)計在雙口 ROM中，即在雙口 ROM中開辟一個數(shù)據(jù)單元，同時設(shè)計一個同 步位來協(xié)調(diào)上下位機(jī)對此數(shù)據(jù)單元(二級緩沖區(qū))的存取。待發(fā)緩沖區(qū)是下位 機(jī)的內(nèi)部存儲單元，用于緩存一個即將發(fā)送的脈沖的數(shù)據(jù)，以便高效地利用DSP 空閑時間。如圖4所示，本專利技術(shù)二級緩沖區(qū)的工作原理為.-上位機(jī)設(shè)計了一個位控定時中斷，其中斷周期為插補(bǔ)周期(即一個插補(bǔ)接 點運動的時間)的一半。當(dāng)定時中斷產(chǎn)生后，上位機(jī)首先檢查二級緩沖區(qū)是否 可以寫入數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)同步位是否為0)，如果可以寫入數(shù)據(jù)，則從其位控緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)，寫入雙口 ROM中的二級緩沖區(qū)，同時設(shè)置數(shù)據(jù)同步位為l，通知下 位機(jī)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。下位機(jī)當(dāng)需要數(shù)據(jù)的時候首先檢查二級緩沖區(qū)是否有 數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)同步位是否為l)，如果有，讀出此數(shù)據(jù)，同時設(shè)置數(shù)據(jù)同步位為0， 然后將此數(shù)據(jù)進(jìn)行位控處理。如圖5所示，對于二級緩沖區(qū)的操作，插補(bǔ)模塊的處理過程必須滿足位控條 件，即在連續(xù)插補(bǔ)過程中(如任意一條曲線)，插補(bǔ)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)必須保證位 控緩沖區(qū)非空，使得位控模塊可以連續(xù)地輸出控制信息。位控緩沖區(qū)位于數(shù)控 核心上位機(jī)內(nèi)，它是一個固定尺寸的結(jié)構(gòu)數(shù)組，尺寸的大小根據(jù)系統(tǒng)需要而定， 其表現(xiàn)形式為一個先入先出(FIFO)的數(shù)據(jù)隊列。上位機(jī)進(jìn)行粗插補(bǔ)得到插補(bǔ)數(shù)據(jù)(理論位置)，寫入位控緩沖區(qū)，位控模塊 在中斷時從位控緩沖區(qū)讀出一個數(shù)據(jù)，通過PC104接口送入二級緩沖區(qū)，DSP從 此緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)(理論位置)，與編碼器位置反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較進(jìn)行位置控 制，通過PID算法調(diào)節(jié)得到移動量，將脈沖數(shù)和脈沖頻率送入ISP， ISP進(jìn)行硬 插補(bǔ)將此脈沖數(shù)據(jù)發(fā)送到驅(qū)動器。由于采用了二級緩沖區(qū)，解決了上位機(jī)和下 位機(jī)運動數(shù)據(jù)傳遞的連續(xù)性，在DSP中可以根據(jù)跟隨誤差做PID調(diào)節(jié)和速度前 饋控制，在保證運動精確連續(xù)的條件下有效地提高了速度的平穩(wěn)性。圖6為下位機(jī)對二級緩沖區(qū)和待發(fā)緩沖區(qū)的控制流程，由于上位機(jī)中斷時 間為脈沖運動時間(插補(bǔ)周期的一半)，因此能保證位控數(shù)據(jù)的連續(xù)性。同時由 于引入了待發(fā)緩沖區(qū)，利用DSP運動的空閑時間進(jìn)行位控計算，因此，兩段脈 沖數(shù)據(jù)之間的間隔僅為DSP從待發(fā)緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)到寫入運動硬件的時間，一 般小于lus (納秒級)，而傳統(tǒng)的方法同時包含了本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種具有二級緩沖的運動控制方法，包括上位機(jī)完成數(shù)據(jù)譯碼步驟、插補(bǔ)運算得出插補(bǔ)數(shù)據(jù)步驟、插補(bǔ)數(shù)據(jù)寫入位控緩沖區(qū)步驟，其特征在于，它還進(jìn)一步包括下列步驟：　１）首先上位機(jī)設(shè)置位控定時中斷，中斷周期為插補(bǔ)運算步驟中插補(bǔ)周期的一半；２）接著采 用雙口ＲＯＭ執(zhí)行上位機(jī)與下位機(jī)的通信，同時在雙口ＲＯＭ中開辟二級緩沖區(qū)，通過數(shù)據(jù)同步位定義該緩沖區(qū)的空閑狀態(tài)；　３）當(dāng)上位機(jī)位控定時中斷產(chǎn)生時，若數(shù)據(jù)同步位為０，則從位控緩沖區(qū)取出插補(bǔ)數(shù)據(jù)寫入二級緩沖區(qū)，并將數(shù)據(jù)同步位設(shè)為１，中斷響應(yīng) 結(jié)束；若數(shù)據(jù)同步位為１，中斷響應(yīng)結(jié)束；　４）當(dāng)下位機(jī)需要插補(bǔ)數(shù)據(jù)時，若數(shù)據(jù)同步位為１，從二級緩沖區(qū)取出插補(bǔ)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)同步位設(shè)為０，下位機(jī)進(jìn)行位控處理，完成對伺服系統(tǒng)的運動控制。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇愛林，
申請(專利權(quán))人：江蘇仁和新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：84[中國|南京]