一种运动控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种运动控制系统，用于对机床刀具的运动路径进行控制，包括上层的APU处理器、下层的FPGA处理器以及作为调度层的RPU处理器，其中：APU处理器，对G代码进行预处理与解析，解析后形成空间路径数据并调整补偿，APU处理器向RPU反馈调整补偿后的空间路径数据；RPU处理器，对APU处理器所传送回的空间路径数据进行点位数据的插补调整形成运动控制数据，RPU处理器将运动控制数据调用至FPGA控制器；FPGA处理器，整合多通道反馈的运动控制数据并进行总线数据处理发送至刀具端进行控制，同时对闭环反馈数据进行采样并实现反馈控制。本申请的实时性好，能够实现闭环反馈控制，精确控制机床刀具，高效且稳定。高效且稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种运动控制系统


[0001]本专利技术涉及智能控制
，具体涉及一种对机床道具进行运动控制的系统。

技术介绍

[0002]随着计算机，通信，微电子等各种电子信息
的不断发展，人们对各种设备系统性能的要求也在不断提高，以多核异构SOC为核心的电气集成控制系统也在实际工业生产领域得到越来越广泛的应用。如何实现对目标设备准确、稳定的控制一直是工业生产的要求之一，现在控制系统架构大多以MCU为核心，较高端的或是使用x86架构的CPU为核心，但这两种控制系统均存在不同的缺陷。
[0003]MCU大多运行裸机程序或者RTOS。实时性大约是ms级且算力小，其存在如下问题：
[0004]1.因为RTOS/裸机的架构简单，外部通信不便；
[0005]2.算力弱，无法运行较为复杂的算法；
[0006]3.实时性中等，对于ns级精度的同步等无法完成。
[0007]X86架构是以CPU为核心，通常运行操作系统，即使打了实时补丁，实时性也较弱，其存在如下问题：
[0008]1.因为实时补丁测试少，存在较多BUG；
[0009]2.实时补丁的实时性较弱，抖动超过1ms。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是要提供一种运动控制系统，其实时性好，能够实现闭环反馈控制，精确控制机床刀具，高效且稳定。
[0011]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0012]本专利技术提供了一种运动控制系统，用于对机床刀具的运动路径进行控制，包括上层的APU处理器、下层的FPGA处理器以及作为调度层的RPU处理器，其中：
[0013]APU处理器，对G代码进行预处理与解析，解析后形成空间路径数据，再根据机床的实时热膨胀系数与磨损后的刀具参数对解析出的空间路径数据进行调整补偿，并且APU处理器通信连接所述RPU处理器向所述RPU反馈所述调整补偿后的空间路径数据；
[0014]RPU处理器，对所述APU处理器所传送回的空间路径数据进行点位数据的插补调整形成运动控制数据，所述RPU处理器与所述FPGA处理器通信连接，所述RPU处理器将运动控制数据调用至所述FPGA控制器；
[0015]FPGA处理器，整合多通道反馈的运动控制数据并进行总线数据处理发送至刀具端进行控制，同时对闭环反馈数据进行采样并实现反馈控制。
[0016]对于上述技术方案，申请人还有进一步的优化措施
[0017]可选地，所述APU处理器与位于远端的云端服务器通信连接，所述G代码进行预处理与解析的过程在所述云端服务器处进行。
[0018]可选地，APU处理与所述RPU处理器间通过VIRTIO方式进行通信连接。
[0019]进一步地，APU处理器根据机床的实时热膨胀系数与磨损后的刀具参数对解析出的空间路径数据进行调整补偿后，还对调整补偿后的空间路径数据进行平滑处理，平滑处理后再补充时间信息构成初步运动控制数据再发送至RPU处理器。
[0020]更进一步地，补充时间信息构成初步运动控制数据的过程中采用实时的5次导连续的规划算法。
[0021]可选地，所述RPU处理器中配置有多个控制组，根据并行控制的指令状态按需输入至一个、两个或者多个控制组中进行处理。
[0022]进一步地，FPGA处理器整合多通道反馈的运动控制数据并进行总线数据处理发送至刀具端进行控制、同时对闭环反馈数据进行采样并实现反馈控制的过程包括：
[0023]通过调度层的RPU处理器所返回的运动控制数据，收集所产生的的内存地址的数据；
[0024]将收集到的内存地址数据整合成一个完整的控制数据帧；
[0025]根据机床刀具的运行状态实施修改，生成同步控制帧；
[0026]将所述同步控制帧与所述控制数据帧进行时钟同步生成最终的运动控制数据。
[0027]进一步地，根据机床刀具的运行状态实施修改、生成同步控制帧的过程中修改依据来自机床中的若干个传感器。
[0028]可选地，所述若干个传感器包括编码器、光栅尺、温度采集器、工业相机。
[0029]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0030]本专利技术的运动控制系统，其采用FPGA、RPU、APU相配合的三层结构，使得系统扩展提升通信功能的同时，可有效利用云端的计算功能，实现了控制数据从云端到设备的“零拷贝”，在提升了系统算力的同时还提高了实时性，提高机床的各项工作性能。
具体实施方式
[0031]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0033]本实施例描述了一种运动控制系统，用于对机床刀具的运动路径进行控制，包括上层的APU处理器、下层的FPGA处理器以及作为调度层的RPU处理器，其中：
[0034]APU处理器，对G代码进行预处理与解析，解析后形成空间路径数据，再根据机床的实时热膨胀系数与磨损后的刀具参数对解析出的空间路径数据进行调整补偿，并且APU处理器通信连接所述RPU处理器向所述RPU反馈所述调整补偿后的空间路径数据；
[0035]RPU处理器，对所述APU处理器所传送回的空间路径数据进行点位数据的插补调整形成运动控制数据，所述RPU处理器与所述FPGA处理器通信连接，所述RPU处理器将运动控制数据调用至所述FPGA控制器；
[0036]FPGA处理器，整合多通道反馈的运动控制数据并进行总线数据处理发送至刀具端进行控制，同时对闭环反馈数据进行采样并实现反馈控制。
[0037]在一实施方式中，所述APU处理器与位于远端的云端服务器通信连接，所述G代码
进行预处理与解析的过程在所述云端服务器处进行。也就是说G代码的预处理解析既可以在APU处理器中进行，也可以在云端服务器中进行。
[0038]可选地，APU处理与所述RPU处理器间通过VIRTIO方式进行通信连接。APU处理器根据机床的实时热膨胀系数与磨损后的刀具参数对解析出的空间路径数据进行调整补偿后，还对调整补偿后的空间路径数据进行平滑处理，平滑处理后再补充时间信息构成初步运动控制数据再发送至RPU处理器。
[0039]补充时间信息构成初步运动控制数据的过程中采用实时的5次导连续的规划算法。
[0040]所述RPU处理器中配置有多个控制组，根据并行控制的指令状态按需输入至一个、两个或者多个控制组中进行处理。
[0041]FPGA处理器整合多通道反馈的运动控制数据并进行总线数据处理发送至刀具端进行控制、同时对闭环反馈数据进行采样并实现反馈控制的过程包括：
[0042]通过调度层的RPU处理器所返回的运动控制数据，收集所产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运动控制系统，用于对机床刀具的运动路径进行控制，其特征在于，包括上层的APU处理器、下层的FPGA处理器以及作为调度层的RPU处理器，其中：APU处理器，对G代码进行预处理与解析，解析后形成空间路径数据，再根据机床的实时热膨胀系数与磨损后的刀具参数对解析出的空间路径数据进行调整补偿，并且APU处理器通信连接所述RPU处理器向所述RPU反馈所述调整补偿后的空间路径数据；RPU处理器，对所述APU处理器所传送回的空间路径数据进行点位数据的插补调整形成运动控制数据，所述RPU处理器与所述FPGA处理器通信连接，所述RPU处理器将运动控制数据调用至所述FPGA控制器；FPGA处理器，整合多通道反馈的运动控制数据并进行总线数据处理发送至刀具端进行控制，同时对闭环反馈数据进行采样并实现反馈控制。2.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，所述APU处理器与位于远端的云端服务器通信连接，所述G代码进行预处理与解析的过程在所述云端服务器处进行。3.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，APU处理与所述RPU处理器间通过VIRTIO方式进行通信连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的运动控制系统，其特征在于，APU处理器根据机床的实时热膨胀系数与磨损后的刀具参数对解析出的空...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘翔，
申请(专利权)人：苏州艾恩西精密五金有限公司，
类型：发明
国别省市：