基于狀態(tài)機原理的插補控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及運動控制領域，尤其涉及一種基于狀態(tài)機原理的插補控制方法。
【背景技術】
[0002] 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(fā)展 和大量運用，運動控制系統(tǒng)裝置的實現(xiàn)主要經歷了三種實現(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。
[0003] (1)傳統(tǒng)的硬件插補方案
[0004] 之所以稱為傳統(tǒng)的硬件插補方案，是因為該方案主要應用在早期的數(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。
[0005] 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的各種控制任 務，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 計線路復雜，非常不利于設備的維護和升級。
[0006] (2)計算機軟件插補方案
[0007] 由于計算機技術的不斷發(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(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。
[0008] (3)軟硬件配合的兩級插補方案
[0009] 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(shù)控系統(tǒng)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(xiàn)了采用軟硬件相配合的兩級插補方案。
[0010] 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(shù)據密化"，并 形成脈沖輸出，稱為細插補。
[0011] 在第（2)種和第（3)種方案下設計實現(xiàn)的系統(tǒng)，在結構和性能上都存在很大的局 限性：
[0012] ①實時性和可靠性差
[0013] 采用通用的操作系統(tǒng)，與數(shù)控無關的任務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。
[0014] ②成本高
[0015] 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。
[0016] ③便攜性不足
[0017] 由于必須配備相應的工控機，使系統(tǒng)體積龐大且笨重，便攜性方面存在缺陷。

【發(fā)明內容】

[0018] 本發(fā)明要解決的技術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、 設計線路復雜，非常不利于設備的維護和升級的缺點。
[0019] 為了解決這一技術問題，本發(fā)明提供了一種基于狀態(tài)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(xiàn)，包括如下步驟：
[0020] Sl :初始化被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器；
[0021] S2:依據選定的進給軸，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)；
[0022] S3 :對被積函數(shù)寄存器中接收到的數(shù)據依據步驟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；
[0023] S4 :依據插補的輸出脈沖數(shù)對被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器進行累加操作；
[0024] S5 :判斷余數(shù)寄存器的溢出條件是否滿足；
[0025] 若滿足，則產生并輸出溢出脈沖，進入步驟S6 ;
[0026] 若不滿足，則重復步驟S4,進行下一次累加；
[0027] S6 :更新動點坐標和被積函數(shù)寄存器值，判斷插補的終點條件是否滿足；
[0028] 若滿足，則所述插補控制模塊進入空閑狀態(tài)；
[0029] 若不滿足，則重復步驟S4,進行下一次累加。
[0030] 可選的，用于螺旋線插補。
[0031] 可選的，用于直線插補。
[0032] 可選的，用于圓弧插補。
[0033] 用于圓弧插補時，在所述步驟S6中，重復步驟S4時：
[0034] 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(shù)寄存 器和余數(shù)寄存器進行累加操作；針對X軸方向對應的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器清零； 然后進入步驟S5 ;
[0035] 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(shù)寄存 器和余數(shù)寄存器進行累加操作；針對y軸方向對應的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器清零； 然后進入步驟S5 ;
[0036] 若X、y軸方向均為到達終點，則針對X、y軸方向對應的被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄 存器均進行累加操作；然后進入步驟S5。
[0037] 在所述步驟S5中，在滿足溢出條件的情況下，還進行當前動點所在象限的判斷；
[0038] 然后根據當前動點所在象限和動點運動趨勢，在余數(shù)寄存器溢出的情況下，選擇 對應的正方向驅動脈沖或負方向驅動脈沖進行輸出。
[0039] 在進行半加載初始化賦值的過程中，所述余數(shù)寄存器的最高有效位設置為1，其余 各位均設置為0。
[0040] 在進行左規(guī)格化處理時，將被積函數(shù)寄存器中的數(shù)同時左移，并記下左移位數(shù)，直 到最左一位成為規(guī)格化數(shù)為止。
[0041] 本發(fā)明能夠完成四軸三坐標聯(lián)動功能，在整個插補過程中，插補精度高，插補誤差 小于一個脈沖當量，并且每一個插補周期至少有一個插補軸有脈沖輸出，保證了插補的快 速連續(xù)。在50M時鐘工作頻率下，最高插補運算速度可以達到5M次/秒。此外，該裝置還集 成了速度控制模塊，能夠在設定的速度參數(shù)下，自動的根據插補軌跡所需的脈沖數(shù)，進行直 線加減速控制或者S曲線加減速控制。最終分別輸出四個軸的進給脈沖和方向驅動信號， 控制四個電機驅動軸運動。
[0042] 本發(fā)明的最大優(yōu)勢在于，通過硬件的方式實現(xiàn)插補算法和加減速控制算法，極大 的滿足了數(shù)控系統(tǒng)的實時性需求，在控制了系統(tǒng)成本的前提下，使整個系統(tǒng)可靠性高，結構 簡單，使用方便，更重要的是性能得到了提升。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明一實施例中提供的基于IP核的運動控制裝置的結構示意圖；
[0044] 圖2是本發(fā)明一實施例中基于狀態(tài)機原理的插補控制模塊的狀態(tài)轉移圖；
[0045] 圖3是本發(fā)明一實施例中提供的基于IP核的運動控制方法的流程示意圖；
[0046] 圖4是本發(fā)明一實施例中左移規(guī)格化處理的示意圖；
[0047] 圖5是本發(fā)明一實施例中曲線加減速的示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 以下將結合圖1至圖5對本發(fā)明提供的基于IP核的基于狀態(tài)機原理的插補控制 方法進行詳細的描述，其為本發(fā)明一可選的實施例，可以認為，本領域的技術人員在不改變 本發(fā)明精神和內容的范圍內，能夠對其進行修改和潤色。
[0049] 請參考圖3,本實施例提供了一種基于狀態(tài)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(xiàn)，包括如下步驟：
[0050] Sl :初始化被積函數(shù)寄存器和余數(shù)寄存器；
[0051]