專利名稱：一種可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)、重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬先進(jìn)控制與先進(jìn)制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于PC的、全方位開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)及其重構(gòu)方法，以適應(yīng)可重構(gòu)制造系統(tǒng)對(duì)數(shù)字控制系統(tǒng)的要求。
背景技術(shù)：
可重構(gòu)制造系統(tǒng)是先進(jìn)制造的研究前沿，是未來制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。1998年， 美國國家研究委員會(huì)發(fā)表了 “2020年制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)”的研究報(bào)告，將可重構(gòu)制造系統(tǒng)列為10大關(guān)鍵技術(shù)的第一位。對(duì)可重構(gòu)制造系統(tǒng)具有決定性意義的是可重構(gòu)機(jī)床 RMT(Reconfigurable Machine Tools)。十余年來，數(shù)字信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，可重構(gòu)機(jī)床毫無進(jìn)展，其原因在于可重構(gòu)機(jī)床必須建立在可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。沒有可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，可重構(gòu)機(jī)床則成無米之炊。數(shù)控系統(tǒng)的可重構(gòu)性成為可重構(gòu)制造系統(tǒng)中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該是一種開放式數(shù)字控制系統(tǒng)，這是本領(lǐng)域的共識(shí)。自從1952年美國MIT研制出第一臺(tái)電子管數(shù)控系統(tǒng)以來，歷經(jīng)晶體管、集成電路、 小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)之后，數(shù)控系統(tǒng)于上世紀(jì)八十年代發(fā)展為基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，產(chǎn)生了現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)的三種模式PC嵌入NC模式、NC嵌入PC模式、軟開放式模式。NC嵌入PC模式的所謂基于運(yùn)動(dòng)控制器的開放式數(shù)控系統(tǒng)成為現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)的主流，運(yùn)動(dòng)控制器成為一個(gè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)并風(fēng)靡全球。開放式運(yùn)動(dòng)控制器在美國被譽(yù)為新一代的工業(yè)控制器，在日本被認(rèn)為是將來的第三次工業(yè)革命。IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers,電氣電子工禾呈師協(xié)會(huì))關(guān)于開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義為“符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用系統(tǒng)可以運(yùn)行在多個(gè)銷售商的不同平臺(tái)上，可以與其它系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行互操作，并且具有一致風(fēng)格的用戶交互界面。”中國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18759. 1-2002 ·機(jī)械電氣設(shè)備·開放式數(shù)控系統(tǒng) 第1部分總則》抓住IEEE定義的本質(zhì)并遵循IEEE定義的基本原則，在3. 1款中直截了當(dāng)將開放性定義為應(yīng)用軟件的“即插即用”，將開放式數(shù)控系統(tǒng)定義為“指應(yīng)用軟件構(gòu)筑于遵循公開性、可擴(kuò)展性、兼容性原則的系統(tǒng)平臺(tái)之上的數(shù)控系統(tǒng)，使應(yīng)用軟件具備可移植性、互操作性和人機(jī)界面的一致性?！遍_放式體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高性能、智能化數(shù)字控制的關(guān)鍵技術(shù)。然而，近三十年來， 在IEEE定義的誤導(dǎo)下，正如文獻(xiàn)《高性能運(yùn)動(dòng)控制在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述》(載《信息與控制》，2003年第3期，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)和中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所聯(lián)合主辦，作者王軍平，王安，敬忠良，陳全世)所指出的，“開放式體系結(jié)構(gòu)還沒有統(tǒng)一、明確的概念內(nèi)涵，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)還處于百家爭(zhēng)鳴時(shí)代”，“開放式體系結(jié)構(gòu)的研究還處于初期階段”。從信息論的角度來看，數(shù)控系統(tǒng)只是將壓縮在刀路曲線與進(jìn)給速度中的數(shù)字控制信息解壓。在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)迭代控制方法就是數(shù)字控制信息的一種解壓方法。
插補(bǔ)迭代控制方法的基本技術(shù)方案是，對(duì)于給定的刀路(Tool Path)曲線與刀具的進(jìn)給速度，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制下，以插補(bǔ)周期為分時(shí)周期，采用插補(bǔ)迭代算法實(shí)時(shí)計(jì)算相關(guān)坐標(biāo)軸的數(shù)字控制信息，并實(shí)時(shí)分配發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行，以控制機(jī)械系統(tǒng)之間的確定性運(yùn)動(dòng)關(guān)系。在每個(gè)插補(bǔ)周期中，由插補(bǔ)所生成的數(shù)字控制信息，一方面立即實(shí)時(shí)分配發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行，另一方面又作為下一個(gè)插補(bǔ)周期的輸入進(jìn)行迭代以生成下一個(gè)數(shù)字控制信息，從而構(gòu)成數(shù)字控制信息的實(shí)時(shí)迭代。跟隨插補(bǔ)周期的節(jié)拍，數(shù)字控制信息不斷地生成、分配、發(fā)送、執(zhí)行，從而又以過程迭代的方式周而復(fù)始，構(gòu)成控制過程的實(shí)時(shí)迭代。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)沒有可重構(gòu)性的基本原因有四點(diǎn)第一、平臺(tái)相關(guān)性所謂平臺(tái)無關(guān)性一般指的是應(yīng)用軟件可以在多個(gè)不同品種的CPU上運(yùn)行以及多個(gè)操作系統(tǒng)上運(yùn)行。前者為硬件平臺(tái)無關(guān)性，后者為軟件平臺(tái)無關(guān)性。中國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18759. 1-2002 ·機(jī)械電氣設(shè)備·開放式數(shù)控系統(tǒng) 第1部分總則》將開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)平臺(tái)，系統(tǒng)平臺(tái)由硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)組成。所謂硬件平臺(tái)，是軟件平臺(tái)和應(yīng)用軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)部件，處于基本體系結(jié)構(gòu)的最底層；所謂軟件平臺(tái)，是應(yīng)用軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)部件，處于基本體系結(jié)構(gòu)的硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件之間。所謂NC核心軟件則是應(yīng)用軟件中的基礎(chǔ)軟件，也就是涉及運(yùn)動(dòng)控制、軸控制和運(yùn)動(dòng)控制管理的應(yīng)用軟件模塊。為敘述的簡(jiǎn)便，將NC核心軟件簡(jiǎn)稱為數(shù)控應(yīng)用軟件。軟件平臺(tái)一般包括操作系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)及應(yīng)用編程接口 APT，其中核心是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展歷史來看，采用分時(shí)運(yùn)行多個(gè)用戶程序的多任務(wù)操作系統(tǒng)是一個(gè)劃時(shí)代的進(jìn)展。然而，在本質(zhì)上，多任務(wù)操作系統(tǒng)只是為適應(yīng)內(nèi)部與外部資源的管理以及內(nèi)部與外部的環(huán)境變化而構(gòu)建的一種內(nèi)外資源的管理機(jī)制以及響應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化的應(yīng)變機(jī)制。在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)迭代控制方法將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的管理機(jī)制與應(yīng)變機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N普適的控制機(jī)制，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)便成為進(jìn)行實(shí)時(shí)插補(bǔ)迭代以生成數(shù)字控制信息的實(shí)時(shí)控制中心，現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)形成了以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為中心的系統(tǒng)架構(gòu)。插補(bǔ)迭代控制算法的運(yùn)算規(guī)則與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度規(guī)則緊密耦合在一起構(gòu)成一種實(shí)時(shí)的數(shù)字控制方法，即插補(bǔ)迭代控制方法。插補(bǔ)迭代控制方法貫穿于數(shù)字控制技術(shù)與數(shù)控系統(tǒng)的全部歷史，創(chuàng)建了數(shù)控系統(tǒng)的“插補(bǔ)時(shí)代”。。在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)迭代控制算法作為數(shù)字控制信息的一種解壓方法，必須在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的控制下實(shí)時(shí)地進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有高精度計(jì)時(shí)功能、多級(jí)中斷嵌套處理機(jī)制與實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制，其核心是進(jìn)程調(diào)度與線程調(diào)度。實(shí)時(shí)性將進(jìn)程調(diào)度與線程調(diào)度復(fù)雜化。并行算法又將進(jìn)程調(diào)度與線程調(diào)度進(jìn)一步復(fù)雜化。與機(jī)器指令級(jí)流水線的并發(fā)性和處理器級(jí)進(jìn)程的并發(fā)性相比，線程的并發(fā)性所面臨的不確定性極為復(fù)雜。進(jìn)程與線程，再加上并行算法，導(dǎo)致實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的高度復(fù)雜化以及數(shù)控應(yīng)用軟件的高度復(fù)雜化。對(duì)于高速高精度的多軸系統(tǒng)，數(shù)控應(yīng)用軟件勢(shì)必成為采用并行算法、涉及多進(jìn)程/多線程嵌套調(diào)用以及多重實(shí)時(shí)嵌套中斷的一個(gè)龐大而復(fù)雜的中斷系統(tǒng)。問題在于，一旦運(yùn)動(dòng)速度提高、或運(yùn)動(dòng)精度提高、或聯(lián)動(dòng)軸增加、或聯(lián)動(dòng)參數(shù)增加， 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的插補(bǔ)周期必然以指數(shù)形式增長，從而需要更多位數(shù)更高速度的CPU、更多位數(shù)更強(qiáng)實(shí)時(shí)性的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、更優(yōu)化的實(shí)時(shí)調(diào)度能力、以及更先進(jìn)的插補(bǔ)迭代控制算法。問題還在于，為了研發(fā)那個(gè)龐大而復(fù)雜的中斷系統(tǒng)，既要精通數(shù)字控制技術(shù)，又要精通計(jì)算機(jī)軟硬體系結(jié)構(gòu)，還要精通并行算法與多線程編程。這就意味著，數(shù)控應(yīng)用軟件成為所謂的專家型系統(tǒng)，即只有精通上述技術(shù)的復(fù)合型專家才能研發(fā)的系統(tǒng)，用戶無法進(jìn)行二次開發(fā)，從而完全喪失了開放性。因此，基于IEEE定義的開放式現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)完全“被計(jì)算機(jī)化”，在體系結(jié)構(gòu)上， 實(shí)質(zhì)上成為需要配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)控應(yīng)用軟件只是其中的一個(gè)專用應(yīng)用系統(tǒng)，其開放性只能定義為數(shù)控應(yīng)用軟件的“即插即用”。由此可見，在本質(zhì)上，基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)并不具有平臺(tái)無關(guān)性，而是相反，具有平臺(tái)相關(guān)性，對(duì)于高速高精度的多軸系統(tǒng)來說，更是平臺(tái)強(qiáng)相關(guān)性?；贗EEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)既然具有平臺(tái)強(qiáng)相關(guān)性，在本質(zhì)上便失去了重構(gòu)的基礎(chǔ)。第二、實(shí)時(shí)控制過程不具有可重構(gòu)性在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)控制過程既是數(shù)字控制信息的迭代過程又是實(shí)時(shí)控制過程的迭代過程，與插補(bǔ)迭代控制算法密不可分，高速高精度的插補(bǔ)迭代算法自然成為現(xiàn)有數(shù)控技術(shù)中的核心技術(shù)。故而，日本的OSEC計(jì)劃(Open System Environment for Controller)認(rèn)為，沒有先進(jìn)的控制算法的開放式數(shù)控系統(tǒng)只是進(jìn)化性的、不是理想的和革命性的。在體系結(jié)構(gòu)上，基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)被劃分為系統(tǒng)平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分，應(yīng)用軟件進(jìn)而劃分為人機(jī)控制層和運(yùn)動(dòng)控制層。運(yùn)動(dòng)控制層是數(shù)控系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)控制過程的內(nèi)核，由一些標(biāo)準(zhǔn)組件構(gòu)成。顯然，這是一種面向應(yīng)用軟件配置的體系結(jié)構(gòu)。這就意味著，基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)是面向?qū)ο蠖皇敲嫦蜻^程的。數(shù)字控制系統(tǒng)的核心問題是實(shí)時(shí)控制刀路曲線。相應(yīng)于機(jī)械系統(tǒng)的重構(gòu)，刀路曲線的實(shí)時(shí)控制過程必然需要重構(gòu)。在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，對(duì)于不同的刀路曲線，例如，直線、圓弧、拋物線、漸開線、NURBS曲線等，必須研發(fā)相應(yīng)的插補(bǔ)迭代算法并在數(shù)控應(yīng)用軟件中配置相應(yīng)的實(shí)時(shí)控制模塊。因此，相應(yīng)于機(jī)械系統(tǒng)的重構(gòu)，實(shí)時(shí)控制過程的重構(gòu)必然涉及實(shí)時(shí)控制模塊的修改，或替換、增加實(shí)時(shí)控制模塊。舍此之外，再無其他技術(shù)手段。顯然，這與數(shù)字控制系統(tǒng)可重構(gòu)性的內(nèi)涵相距甚遠(yuǎn)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于數(shù)字控制來說，過程比對(duì)象更具本質(zhì)特征。數(shù)字控制系統(tǒng)中的數(shù)字控制是一個(gè)過程，而不是對(duì)象。然而，基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)是面向?qū)ο蠖皇敲嫦蜻^程的。在插補(bǔ)迭代控制方法中，實(shí)時(shí)控制過程就是插補(bǔ)周期控制下的坐標(biāo)值增量的生成過程、分配過程、發(fā)送過程、執(zhí)行過程的周而復(fù)始。因而，實(shí)時(shí)控制過程與刀路曲線的幾何特征、加工過程的工藝特征、機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)特征等密不可分，與CPU的位數(shù)、運(yùn)算速度等硬件平臺(tái)密不可分，與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等軟件平臺(tái)密不可分，與插補(bǔ)迭代算法密不可分。這就從根本上限制了實(shí)時(shí)控制過程的重構(gòu)。換言之，在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，刀路曲線的實(shí)時(shí)控制過程無法開放，不具有可重構(gòu)性。第三、通信周期為系統(tǒng)參數(shù)網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)制造技術(shù)的重要技術(shù)特征。中國國家標(biāo)準(zhǔn)“GB/T 18759. 1-2002 機(jī)械電氣設(shè)備 開放式數(shù)控系統(tǒng) 第1部分 總則·5. 2. 4. 2”規(guī)定，外部通信應(yīng)符合有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部通信應(yīng)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)通信模型。外部通信用于數(shù)控系統(tǒng)與車間管理網(wǎng)之間，其按口可稱為網(wǎng)絡(luò)接口，例如工業(yè)以太網(wǎng)接口或其他現(xiàn)場(chǎng)總線(Field bus)。繼而，對(duì)于內(nèi)部通信接口，中國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18759.3-2009.機(jī)械電氣設(shè)備.開放式數(shù)控系統(tǒng).第3部分總線接口與通信協(xié)議》以IS0/0SI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型為基礎(chǔ)， 規(guī)范了一種現(xiàn)場(chǎng)總線，稱之為“開放式數(shù)控系統(tǒng)總線”，用于連接“數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、 主軸驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器裝置、I/O裝置”，以實(shí)現(xiàn)這些“裝置間的數(shù)字式、雙向、多點(diǎn)的通信”， 并滿足系統(tǒng)對(duì)周期性、實(shí)時(shí)性、同步、可靠性、安全性、開放性等方面的要求。另一種數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)NCUC-Bus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議規(guī)范(草案)》的草案已公開、也以 IS0/0SI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型為基礎(chǔ)。眾所周知，IS0/0SI開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型是針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的通信模型。所述現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)總線體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，主要由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層構(gòu)成。所述現(xiàn)場(chǎng)總線導(dǎo)致通信周期成為另一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，通信協(xié)議的實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)表示的兼容性等一系列問題導(dǎo)致內(nèi)部通信高度復(fù)雜化與高成本。相應(yīng)于機(jī)械系統(tǒng)的重構(gòu)，實(shí)時(shí)控制過程中的數(shù)字控制信息的數(shù)據(jù)格式，包括進(jìn)給當(dāng)量(納米或微米)、數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等都將發(fā)生變化。在所述現(xiàn)場(chǎng)總線中必須制定用戶層通信協(xié)議，對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換中的數(shù)據(jù)格式、時(shí)序關(guān)系和糾錯(cuò)方式予以規(guī)范。 因而，與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的插補(bǔ)周期類似，現(xiàn)場(chǎng)總線中的通信周期反而成為制約數(shù)字控制系統(tǒng)可重構(gòu)性的因素。對(duì)于可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)來說，為此必須耗費(fèi)大量計(jì)算資源用于支持各類現(xiàn)場(chǎng)總線 (例如 CAN、Profibus、Sercos 等)。第四、編程接口與人機(jī)界面的一致性在基于IEEE定義的開放式現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)中，采用G代碼標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)控加工程序的編程接口。上世紀(jì)50年代紙帶作為輸入的基本物理介質(zhì)時(shí)，為規(guī)范在紙帶上表示字符，制定了紙帶穿孔的編碼標(biāo)準(zhǔn)，即G代碼標(biāo)準(zhǔn)。G代碼標(biāo)準(zhǔn)是信息技術(shù)起步階段的原始產(chǎn)物，受紙帶的限制不可避免地存在信息量過少的缺陷。各個(gè)廠商因而對(duì)G代碼都進(jìn)行了基本語義之外的擴(kuò)張，導(dǎo)致G代碼程序與相應(yīng)硬件的依賴，數(shù)控加工程序在不同的數(shù)控系統(tǒng)之間不具有互換性，造成各種數(shù)控系統(tǒng)互不兼容。因而，作為編程接口，G代碼標(biāo)準(zhǔn)不具備人機(jī)界面的一致性，成為數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸之一，也制約了數(shù)字控制系統(tǒng)的開放性與可重構(gòu)性。上述四個(gè)方面的問題導(dǎo)致基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)只有三種技術(shù)方案來解決數(shù)字控制系統(tǒng)的開放性。其一是研發(fā)更多位數(shù)、更高速度的CPU與更多位數(shù)、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。例如，2009年，中國國家“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)計(jì)劃將64位CPU、 64位實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、以及插補(bǔ)周期達(dá)到0. 125ms的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)列為關(guān)鍵技術(shù)。其二是研發(fā)更先進(jìn)的插補(bǔ)迭代控制算法。例如，日本在OSEC計(jì)劃推動(dòng)下，研發(fā)出用于運(yùn)動(dòng)控制器的64位超高速芯片與NURBS插補(bǔ)迭代控制算法。其三是研發(fā)基于超高速處理器與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的全軟開放式數(shù)控系統(tǒng)。所謂全軟開放式數(shù)控系統(tǒng)，形象地說，就是在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持下將數(shù)字控制系統(tǒng)完全PC化。顯然，上述三種技術(shù)方案都依賴實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，刀路曲線的實(shí)時(shí)控制過程無法開放。一個(gè)嚴(yán)峻的事實(shí)是，在基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，相應(yīng)于機(jī)械系統(tǒng)的重構(gòu)，特別是相應(yīng)于高速高精度多軸系統(tǒng)的重構(gòu)，無論是NC嵌入PC模式還是軟開放式模式， 都不能解決上述四個(gè)方面的問題，特別是，都不能解決實(shí)時(shí)控制過程的可重構(gòu)性，只能重新研發(fā)那個(gè)龐大而復(fù)雜的中斷系統(tǒng)。因此，中國國家標(biāo)準(zhǔn)“GB/T 18759. 1-2002 ·機(jī)械電氣設(shè)備·開放式數(shù)控系統(tǒng)·第 1部分總則”未對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的可重構(gòu)性進(jìn)行技術(shù)界定，也未對(duì)可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)作任何說明， 僅在4. 5. 2款中將可重構(gòu)性列為開放式數(shù)控系統(tǒng)中有待實(shí)現(xiàn)的最高層次而已。換言之，對(duì)基于IEEE定義的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)來說，可重構(gòu)性只是一個(gè)美妙的設(shè)想。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，IEEE關(guān)于開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義是阻礙可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的根本原因，其首要因素是IEEE定義所產(chǎn)生的控制觀念。在觀念上，必須對(duì)現(xiàn)有數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行變革，樹立以工作機(jī)為中心的控制觀念。數(shù)控系統(tǒng)是為工作機(jī)服務(wù)的，其任務(wù)只是為工作機(jī)制造數(shù)字控制信息即多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流，所述多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流不能夾帶工作機(jī)不需要的插補(bǔ)周期、通信周期、輪廓步長等冗余信息。對(duì)于數(shù)字控制來說，過程比對(duì)象更具本質(zhì)特征。數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)字控制是一個(gè)過程，而不是對(duì)象。IEEE定義下的現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，與歷史上天文學(xué)中地心說的托勒密體系結(jié)構(gòu)類似，均緣于觀念的錯(cuò)誤。發(fā)明人進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，IEEE定義存在三個(gè)原則性錯(cuò)誤。IEEE定義的第一個(gè)原則性錯(cuò)誤是，在控制觀念上，IEEE定義將數(shù)控系統(tǒng)定位為控制工作機(jī)的實(shí)時(shí)指揮中心，沒有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的概念。IEEE定義的第二個(gè)原則性錯(cuò)誤是，在體系結(jié)構(gòu)上，IEEE定義忽視了數(shù)字控制的過程本質(zhì)，面向?qū)ο蠖皇敲嫦蜻^程，沒有控制流程的概念，將數(shù)控系統(tǒng)定義為一種需要配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。IEEE定義的第三個(gè)原則性錯(cuò)誤是，在控制方法上，IEEE定義忽視了插補(bǔ)迭代控制算法只是數(shù)字控制信息的一種解壓方法，從而將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)外資源的管理機(jī)制以及響應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化的應(yīng)變機(jī)制視為一種普適的控制機(jī)制，將插補(bǔ)迭代控制算法的運(yùn)算規(guī)則與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度規(guī)則緊密耦合在一起構(gòu)成一種實(shí)時(shí)控制方法。因此，IEEE定義必然產(chǎn)生下述問題1)、一切事物都處于過程之中，都要遍歷產(chǎn)生、發(fā)展、消亡等階段并演化出層次結(jié)構(gòu)。在過程的不同層次中事物演化出的結(jié)構(gòu)便成為對(duì)象。一切對(duì)象都在過程中實(shí)現(xiàn)其功能。對(duì)象只是關(guān)于事物在特定層次結(jié)構(gòu)的一種人為抽象，過程則是事物在不同層次結(jié)構(gòu)中實(shí)際運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)行為。IEEE定義完全忽視了數(shù)字控制的過程本質(zhì)，將數(shù)字控制過程視為對(duì)象，導(dǎo)致數(shù)字控制信息的迭代與控制流程的迭代，不可能涉及數(shù)字控制信息的開放性、數(shù)字控制過程的開放性與數(shù)字控制過程之間的界面的開放性。2)、IEEE定義以數(shù)控系統(tǒng)為中心，所定義的開放性是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身應(yīng)具有的開放性，所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)移植過來的，是一種面向?qū)ο笠员銓?shí)現(xiàn)控制軟件模塊化的體系結(jié)構(gòu)，不能反映數(shù)控系統(tǒng)在整個(gè)控制過程中的技術(shù)特征。3)、IEEE定義未能從制造系統(tǒng)的宏觀視野來審視開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致開放式的概念含糊不清，至今也未能統(tǒng)一?；ゲ僮餍?、 可移植性、可伸縮性、可互換性等描述性詞匯便成為開放式的所謂技術(shù)規(guī)范，阻礙了數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。4) ,IEEE定義面向?qū)ο蠖皇敲嫦蜻^程，忽視了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的本質(zhì)，數(shù)控系統(tǒng) “被計(jì)算機(jī)化”，數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展被引向所謂“先進(jìn)的控制算法”(日本OSE(Hta)JP 插補(bǔ)迭代控制算法的精度與速度，從而誤導(dǎo)了數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展方向。5)、數(shù)控系統(tǒng)的核心問題是實(shí)時(shí)控制過程的開放性與可重構(gòu)性。在IEEE定義的開放式數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)控制模塊因面向?qū)ο蠖鵁o法開放，從根本上制約了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。6)、IEEE定義基于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，局限于數(shù)控軟件的功能劃分及其相互之間的操作界面，對(duì)于數(shù)字控制的過程特征缺乏系統(tǒng)學(xué)范疇的界定，因而，數(shù)控系統(tǒng)被定義為配置了數(shù)控軟件的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而在實(shí)質(zhì)上將開放式數(shù)控系統(tǒng)定義為制造數(shù)字控制信息的剛性集成制造系統(tǒng)。7)、IEEE定義不是以工作機(jī)為中心，而是以數(shù)控系統(tǒng)為中心，從而產(chǎn)生了插補(bǔ)周期、輪廓步長等大量冗余信息，違反了簡(jiǎn)單性原則。這些冗余信息消耗了大量計(jì)算資源，違反了經(jīng)濟(jì)性原則。8)、過程的開放性與對(duì)象的開放性是完全不同的。過程的開放性必然涉及數(shù)字控制信息的生成、分配、發(fā)送、執(zhí)行的控制流程。IEEE定義完全沒有控制流程的觀念。IEEE定義的開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不是按照制造數(shù)字控制信息的控制流程來配置控制資源的體系結(jié)構(gòu)。9)、IEEE定義沒有將數(shù)字控制信息看作是一種產(chǎn)品，未涉及數(shù)字控制信息的開放性。10), G代碼標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)有數(shù)控程序采用的編程接口。G代碼編程接口不具備人機(jī)界面的一致性。IEEE定義關(guān)于人機(jī)界面的表述過于抽象，所謂“人機(jī)界面的一致性”回避了編程接口的開放性。因此，IEEE定義不是一個(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的開放性定義，只是試圖規(guī)范應(yīng)用軟件的“即插即用”問題，并未解決數(shù)控系統(tǒng)的開放性，反而在體系結(jié)構(gòu)上將數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)制為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)下的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而將數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展牢牢地釘死于 “插補(bǔ)時(shí)代”。綜上所述，在IEEE定義的錯(cuò)誤觀念主導(dǎo)下的現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)所制造的數(shù)字控制信息、制造數(shù)字控制信息的方法、以及制造數(shù)字控制信息的過程與過程界面，都是封閉的、非標(biāo)準(zhǔn)的、不可重構(gòu)的。所制造的數(shù)字控制信息成為現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部物品。這就從根本上否定了數(shù)控系統(tǒng)的開放性與可重構(gòu)性，人為地將現(xiàn)有數(shù)字控制技術(shù)與現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)高度復(fù)雜化，為數(shù)控系統(tǒng)的重構(gòu)設(shè)置了難以逾越的障礙，必然導(dǎo)致現(xiàn)有開放式數(shù)控系統(tǒng)無法演化為第三次工業(yè)革命所期盼的控制機(jī)。
發(fā)明人舍棄IEEE關(guān)于開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義，將開放式數(shù)控系統(tǒng)定義為“所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)是按照控制流程配置嵌入式子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，具有開放的人機(jī)界面、開放的數(shù)字控制信息、開放的數(shù)字控制信息制造方法、開放的數(shù)字控制信息制造過程、數(shù)字控制信息制造過程之間的開放的界面、開放的應(yīng)用軟件。”這一定義同樣適用于所述嵌入式子系統(tǒng)，因而是一個(gè)系統(tǒng)學(xué)與分形幾何學(xué)相結(jié)合的定義。在所定義的開放式數(shù)控系統(tǒng)中不存在數(shù)字控制信息的迭代與控制流程的迭代，控制信息流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。應(yīng)用軟件的開放性就是“即插即用”。IEEE定義的開放性只涉及應(yīng)用軟件的開放性以及操作使用計(jì)算機(jī)時(shí)的人機(jī)界面的開放性。發(fā)明人的這一定義表明，開放式數(shù)控系統(tǒng)的開放性具有下述五個(gè)方面的內(nèi)涵1)、人機(jī)界面的開放性，包括數(shù)字控制信息制造過程的所有控制過程界面中的人機(jī)界面，特別是編程接口的開放性；2)、數(shù)字控制信息的開放性；3)、數(shù)字控制信息的制造方法的開放性；4)、數(shù)字控制信息的制造過程的開放性；5)、數(shù)字控制信息制造過程之間的界面的開放性。所謂數(shù)字控制信息的開放性指的是數(shù)字控制信息生成部件中生成的數(shù)字控制信息的公開性與透明性。所謂數(shù)字控制信息制造方法的開放性指的是允許用戶(或開發(fā)商)構(gòu)造或集成自己的數(shù)字控制信息的制造方法，也就是實(shí)時(shí)控制方法完全軟件化與應(yīng)用軟件的“即插即
田，，所謂數(shù)字控制信息制造過程的開放性指的是數(shù)字控制信息的每個(gè)子過程的公開性與透明性。數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部接口用于系統(tǒng)內(nèi)部功能部件之間交換信息。所謂數(shù)字控制信息制造過程之間的界面的開放性指的是內(nèi)部接口的開放性。所謂人機(jī)界面的開放性指的是編程接口的開放性。由此可見，發(fā)明人的上述開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義反映了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展環(huán)境對(duì)控制機(jī)所提出的標(biāo)準(zhǔn)化問題，以適應(yīng)工作機(jī)、動(dòng)力機(jī)等產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。發(fā)明人在發(fā)明專利《計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制方法與體系結(jié)構(gòu)》(中國專利號(hào)ZL2007101M304.9，授權(quán)公告日2009年8月19日)中發(fā)明了數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制方法(Data-stream Related Control, DRC控制)，使現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)告別了插補(bǔ)時(shí)代，邁入了數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制時(shí)代，產(chǎn)生了新一代控制機(jī)即數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制機(jī)(DRC控制機(jī))。發(fā)明人在發(fā)明專利《一種標(biāo)準(zhǔn)化控制機(jī)》(申請(qǐng)?zhí)?00910110439. 9 PCT國際申請(qǐng)?zhí)朠CT/CN2010/072914)公開了一種標(biāo)準(zhǔn)化DRC控制機(jī)及其重構(gòu)方法，按照數(shù)字控制信息的生成、分配發(fā)送、執(zhí)行的控制流程來配置控制資源，所述標(biāo)準(zhǔn)化DRC控制機(jī)由數(shù)字控制信息生成部件，數(shù)字控制信息分配發(fā)送部件與數(shù)字控制信息執(zhí)行部件構(gòu)成。發(fā)明人將數(shù)字控制信息看作是一種產(chǎn)品，將數(shù)字控制信息的生成、分配、發(fā)送、執(zhí)行這一制造數(shù)字控制信息的工藝流程稱之為控制流程。根據(jù)工藝流程配置相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，這是制造業(yè)走過的必由之路。顯然，工藝流程是分工合作、實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。將數(shù)字控制信息看作是一種產(chǎn)品，則必然存在制造數(shù)字控制信息的工藝流程。正如在機(jī)械制造中必須按照機(jī)械制造的工藝流程來配置相應(yīng)的加工設(shè)備一樣，在信息制造中也必須按照制造數(shù)字控制信息的控制流程來配置相應(yīng)的嵌入式子系統(tǒng)。發(fā)明人將控制流程劃分為數(shù)字控制信息生成過程、數(shù)字控制信息分配發(fā)送過程與數(shù)字控制信息執(zhí)行過程等三個(gè)子過程。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，數(shù)字控制信息的生成過程，包括數(shù)字控制信息的解壓過程、數(shù)字控制信息的優(yōu)化過程以及確定性誤差的補(bǔ)償過程等，理應(yīng)是“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”，是一個(gè)非實(shí)時(shí)過程。而數(shù)字控制信息的分配發(fā)送過程則有如“軍令如山”，數(shù)字控制信息的執(zhí)行過程更是“兵貴神速”，都必須是實(shí)時(shí)的。按照制造數(shù)字控制信息的控制流程，開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可解耦為數(shù)字控制信息生成部件(數(shù)字信息制造系統(tǒng))、數(shù)字控制信息分配發(fā)送部件(數(shù)據(jù)流控制器)、數(shù)字控制信息執(zhí)行部件(伺服驅(qū)動(dòng)裝置與I/O裝置)等三個(gè)功能部件。在數(shù)字控制技術(shù)中，由“1” “0”形態(tài)的離散位置信息一般稱為步進(jìn)型，由坐標(biāo)值增量構(gòu)成的離散位置信息則稱之為增量型。設(shè)刀路(Tool Path)曲線為X、y、Ζ、A、B、W、Ε、H等8個(gè)變量的函數(shù)。其中，X、y、 Ζ、A、B為聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)軸，W、E、H為需要實(shí)時(shí)控制的參數(shù)(例如，W為激光脈沖的寬度、E為激光脈沖的能量、H為激光脈沖的頻率)。對(duì)于數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制來說，需要實(shí)時(shí)控制的工藝參數(shù)與坐標(biāo)值并無任何本質(zhì)上的差別，可以將控制該工藝參數(shù)的開關(guān)視為虛擬坐標(biāo)軸，參數(shù)值視為該虛擬坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值，從而將坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)與工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)控制統(tǒng)一起來，稱之為多軸多參數(shù)聯(lián)動(dòng)。在本發(fā)明中，坐標(biāo)軸包括虛擬坐標(biāo)軸。表1為8聯(lián)動(dòng)的多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的示意圖。表權(quán)利要求
1. 一種可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，包括PC系統(tǒng)、數(shù)據(jù)流控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、I/O 裝置、串行接口、分配接口、聯(lián)動(dòng)接口、I/O接口 ；所述PC系統(tǒng)通過串行接口與所述數(shù)據(jù)流控制器連接；所述數(shù)據(jù)流控制器通過分配接口、聯(lián)動(dòng)接口與所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述數(shù)據(jù)流控制器通過I/O接口與所述I/O裝置連接；所述PC系統(tǒng)用于生成控制工件加工過程的DRC數(shù)控程序，包括狀態(tài)指令生成模塊、開關(guān)指令生成模塊、軌跡指令生成模塊、DRC數(shù)控程序生成模塊； 所述狀態(tài)指令生成模塊用于生成控制輔助過程的狀態(tài)指令； 所述開關(guān)指令生成模塊用于生成控制I/O裝置的開關(guān)指令；所述狀態(tài)指令生成模塊還用于生成重構(gòu)指令，所述重構(gòu)指令用于修改所述狀態(tài)指令與所述開關(guān)指令的解釋程序。所述軌跡指令生成模塊用于生成控制伺服驅(qū)動(dòng)裝置完成刀路曲線走刀過程的軌跡指令；所述DRC數(shù)控程序生成模塊，用于根據(jù)加工工藝將狀態(tài)指令、開關(guān)指令、軌跡指令鏈接為DRC數(shù)控程序；其中，所述軌跡指令生成模塊包括離散幾何規(guī)劃模塊與離散運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊； 所述離散幾何規(guī)劃模塊用于生成存儲(chǔ)有刀路曲線的L分割的聯(lián)動(dòng)表；所述L分割用于控制坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生合成位移；所述聯(lián)動(dòng)表區(qū)分為各個(gè)軸的軸聯(lián)動(dòng)表，所述軸聯(lián)動(dòng)表用于存儲(chǔ)相關(guān)坐標(biāo)軸的L分割分量，控制該坐標(biāo)軸產(chǎn)生軸位移；所述離散運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊用于存儲(chǔ)有刀路曲線的T分割與狀態(tài)字的隨動(dòng)表；所述T分割用于控制所述軸位移之間的時(shí)間間隔；所述狀態(tài)字用于指定聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)軸；所述數(shù)據(jù)流控制器包括微處理器、解釋程序存儲(chǔ)器、文件存儲(chǔ)器、軸聯(lián)動(dòng)表分配模塊、 DRC數(shù)控程序運(yùn)行模塊、實(shí)時(shí)控制模塊與中斷管理模塊；所述解釋程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)所述狀態(tài)指令、所述開關(guān)指令、所述軌跡指令的解釋程序；所述文件存儲(chǔ)器用于通過所述串行接口接收并存儲(chǔ)所述DRC數(shù)控程序、所述隨動(dòng)表、 所述軸聯(lián)動(dòng)表；所述軸聯(lián)動(dòng)表分配模塊用于通過所述分配接口向所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置分配所述軸聯(lián)動(dòng)表；所述DRC數(shù)控程序運(yùn)行模塊用于運(yùn)行所述DRC數(shù)控程序，執(zhí)行所述狀態(tài)指令控制輔助過程、執(zhí)行所述開關(guān)指令通過所述I/O接口控制所述I/O裝置、執(zhí)行所述軌跡指令通過所述聯(lián)動(dòng)接口控制所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置完成刀路曲線的加工過程；所述實(shí)時(shí)控制模塊用于按照所述隨動(dòng)表中的控制節(jié)律Ati(i = 1，...，n)，通過所述聯(lián)動(dòng)接口向所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送聯(lián)動(dòng)命令；所述聯(lián)動(dòng)命令用于控制所述狀態(tài)字指定的坐標(biāo)軸之間的同步；所述中斷管理模塊用于處理來自所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)時(shí)反饋信息； 所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有軸聯(lián)動(dòng)表初始化模塊與軸聯(lián)動(dòng)表控制模塊； 所述軸聯(lián)動(dòng)表初始化模塊用于設(shè)置執(zhí)行標(biāo)志，并根據(jù)所述軌跡指令的順序碼，將所述軸聯(lián)動(dòng)表的地址寫入L指針；跟隨所述聯(lián)動(dòng)命令，所述軸聯(lián)動(dòng)表控制模塊根據(jù)L指針從所述軸聯(lián)動(dòng)表中讀取該軸的坐標(biāo)值增量并寫入位置環(huán)，驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸進(jìn)給產(chǎn)生合成位移。
2.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征還在于，所述狀態(tài)字的字節(jié)數(shù)為用戶參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征還在于，所述軸聯(lián)動(dòng)表文件還包括特征表；所述特征表用于標(biāo)識(shí)該坐標(biāo)軸的邏輯屬性；所述邏輯屬性包括進(jìn)給當(dāng)量、數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)、電子齒輪傳動(dòng)比。
4.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征還在于，所述聯(lián)動(dòng)接口的每個(gè)數(shù)據(jù)位分別連接一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征還在于，所述串行接口與所述分配接口分別為現(xiàn)場(chǎng)總線、RS232接口、RS485接口、USB接口或無線接口。
6.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征還在于，所述數(shù)據(jù)流控制器中的文件存儲(chǔ)器還包括扇區(qū)分析模塊；所述扇區(qū)分析模塊用于讀取所述DRC數(shù)控程序、 所述隨動(dòng)表、所述軸聯(lián)動(dòng)表。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征還在于，所述數(shù)據(jù)流控制器中的DRC程序運(yùn)行模塊包括運(yùn)動(dòng)指令取指模塊、狀態(tài)指令執(zhí)行模塊、開關(guān)指令執(zhí)行模塊、軌跡指令執(zhí)行模塊；所述運(yùn)動(dòng)指令取指模塊用于將DRC數(shù)控程序中運(yùn)動(dòng)指令的地址寫入運(yùn)動(dòng)指令指針并讀取運(yùn)動(dòng)指令，將運(yùn)動(dòng)指令的功能字節(jié)寫入運(yùn)動(dòng)指令寄存器；如果所述運(yùn)動(dòng)指令為狀態(tài)指令，根據(jù)所述狀態(tài)指令的地址表，所述狀態(tài)指令執(zhí)行模塊跳轉(zhuǎn)至所述地址表所指定的入口地址，用于執(zhí)行該狀態(tài)指令的解釋程序；如果所述運(yùn)動(dòng)指令為開關(guān)指令，根據(jù)所述開關(guān)指令的地址表，所述開關(guān)指令執(zhí)行模塊跳轉(zhuǎn)至所述地址表所指定的入口地址，用于執(zhí)行該開關(guān)指令的解釋程序；如果所述運(yùn)動(dòng)指令為軌跡指令，所述軌跡指令執(zhí)行模塊用于執(zhí)行該軌跡指令的解釋程序。
8.如權(quán)利要求7所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，其特征還在于，所述軌跡指令執(zhí)行模塊設(shè)置運(yùn)行標(biāo)志，用于啟動(dòng)所述實(shí)時(shí)控制模塊；所述實(shí)時(shí)控制模塊包括聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸設(shè)置模塊、聯(lián)動(dòng)命令設(shè)置模塊、節(jié)律控制模塊、終點(diǎn)控制模塊；所述聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸設(shè)置模塊用于將隨動(dòng)表的地址寫入T指針，從所述隨動(dòng)表中讀取狀態(tài)字并寫入狀態(tài)字寄存器，指定聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)軸；所述聯(lián)動(dòng)命令設(shè)置模塊用于讀取所述隨動(dòng)表中的= 1，...，n)并寫入T分割定時(shí)器；T分割定時(shí)器中的定時(shí)時(shí)間到，所述節(jié)律控制模塊啟動(dòng)脈沖發(fā)生器輸出一個(gè)脈沖，并通過聯(lián)動(dòng)接口向所述狀態(tài)字寄存器指定的伺服驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送聯(lián)動(dòng)命令；所述終點(diǎn)控制模塊用于控制所述軌跡指令的終點(diǎn)，如果所述T指針等于所述隨動(dòng)表的末地址，則關(guān)閉運(yùn)行標(biāo)志；否則，T指針指向下一個(gè)時(shí)間增量Δ、。
9.一種可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的重構(gòu)方法，其特征在于，包括下述步驟步驟(1)、重構(gòu)離散坐標(biāo)系數(shù)字控制信息生成部件重構(gòu)離散坐標(biāo)系；所述離散坐標(biāo)系包括正交離散坐標(biāo)系與非正交離散坐標(biāo)系；步驟O)、重構(gòu)結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫數(shù)字控制信息生成部件重構(gòu)結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫；所述結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)坐標(biāo)軸的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)與坐標(biāo)系參數(shù)；所述坐標(biāo)軸的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)包括線位移誤差、角位移誤差、反向間隙；所述坐標(biāo)系參數(shù)包括坐標(biāo)軸之間的不平行度、不垂直度；步驟(3)、構(gòu)造狀態(tài)指令的重構(gòu)指令數(shù)字控制信息生成部件構(gòu)造所述狀態(tài)指令的重構(gòu)指令；步驟G)、構(gòu)造開關(guān)指令的重構(gòu)指令數(shù)字控制信息生成部件構(gòu)造所述開關(guān)指令的重構(gòu)指令；步驟(5)、運(yùn)行重構(gòu)指令數(shù)字控制信息發(fā)送部件運(yùn)行所述狀態(tài)指令的重構(gòu)指令，重構(gòu)所述狀態(tài)指令；運(yùn)行所述開關(guān)指令的重構(gòu)指令，重構(gòu)所述開關(guān)指令。
10.如權(quán)利要求9所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的重構(gòu)方法，其特征還在于，所述步驟(3)包括下述步驟步驟(31)、設(shè)置重構(gòu)指令的目標(biāo)地址參數(shù)將所述狀態(tài)指令的地址表中的入口地址設(shè)置為重構(gòu)指令的目標(biāo)地址參數(shù)；步驟(32)、設(shè)置重構(gòu)指令的源地址參數(shù)將重新編寫的解釋程序的起始地址設(shè)置為重構(gòu)指令的源地址參數(shù)；步驟(33)、設(shè)置重構(gòu)指令的字節(jié)數(shù)參數(shù)將重新編寫的解釋程序的容量設(shè)置為字節(jié)數(shù)參數(shù)；步驟(34)、構(gòu)造重構(gòu)指令根據(jù)所述目標(biāo)地址參數(shù)、所述源地址參數(shù)、所述字節(jié)數(shù)參數(shù)，構(gòu)造所述狀態(tài)指令的重構(gòu)指令。
11.如權(quán)利要求9或10所述的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的重構(gòu)方法，其特征還在于，所述步驟 (4)包括下述步驟步驟(41)、設(shè)置重構(gòu)指令的目標(biāo)地址參數(shù)將所述開關(guān)指令的地址表中的入口地址設(shè)置為重構(gòu)指令的目標(biāo)地址參數(shù)；步驟(42)、設(shè)置重構(gòu)指令的源地址參數(shù)將重新編寫的解釋程序的起始地址設(shè)置為重構(gòu)指令的源地址參數(shù)；步驟(43)、設(shè)置重構(gòu)指令的字節(jié)數(shù)參數(shù)將重新編寫的解釋程序的容量設(shè)置為字節(jié)數(shù)參數(shù)；步驟(44)、構(gòu)造重構(gòu)指令根據(jù)所述目標(biāo)地址參數(shù)、所述源地址參數(shù)、所述字節(jié)數(shù)參數(shù)，構(gòu)造所述開關(guān)指令的重構(gòu)指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于PC的、全方位開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)及其重構(gòu)方法，提出了一種面向過程的、開放的加工過程模型。本發(fā)明按照控制流程配置控制資源，與處理器的位數(shù)與速度、操作系統(tǒng)等軟硬件平臺(tái)無關(guān)，與編程口無關(guān)，具有良好的可重構(gòu)性和高可靠性。本發(fā)明將刀路曲線的實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)化為最簡(jiǎn)單的聯(lián)動(dòng)命令的實(shí)時(shí)發(fā)送，具有簡(jiǎn)單可靠的高速高精度多軸同步能力，導(dǎo)致數(shù)字控制方法的重大變革。對(duì)于由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、數(shù)字化夾具、搬運(yùn)機(jī)械手等組成的可重構(gòu)生產(chǎn)線，本發(fā)明具有集成控制、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/18GK102402197SQ20111020721
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者江俊逢 申請(qǐng)人:江俊逢