[发明专利]一种工艺参数关联数据流的实时控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数字控制领域，具体是涉及工艺参数的一种关联数据流的实时控制方法，以及关联数据流的动态同步方法。

背景技术

所谓数字化就是将模拟量离散为“0”与“1”的数据流。所谓数字设备就是对输入数据流进行数字处理以产生所需要的结果。因而，从数据流的观点来看，任何数字设备都是数据流的合成装置。数字电视将视频与音频的多维数据流合成为图像与声音协调一致的画面，数控机床将X、Y、Z轴的多维数据流合成为运动轨迹，等等。对于多维数据流，在每个时序点上，如果数据流之间的“0”“1”信息是相互依存的，这种耦合关系称之为时序关联性，其“0”“1”分布则称之为该多维数据流在该时序点的状态。相互之间具有时序关联性的多维数据流称之为关联数据流。上述视频与音频的多维数据流和X、Y、Z轴的多维数据流都是关联数据流。

现有数控系统采用时间分割法(又称数字增量法)进行插补迭代控制，插补是其最重要的实时任务。公式

e_r＝(TF)²/(8r)

描述了逼近误差e_r与进给速度F和插补周期T、圆弧半径r之间的关系。该公式指出，逼近误差e_r与进给速度F和插补周期T的平方成正比。插补速度和插补精度成为现有数控系统最重要的技术指标，因而，提高插补速度是现有数控系统的首要优化目标。该公式说明，实时操作系统的插补周期作为系统时钟，“大权独揽，小权不放”，一竿子插到底，设计、施工全包，而且是“边设计，边施工”。

这样一来，时间被插补周期锁定，成为一个系统参数，使得时间不是一个可控的外部变量，而是一个系统参数，导致现有数控系统变成一个强实时的高度刚性的非开放式系统，使工艺参数的实时控制和加减速控制复杂化。

多维关联数据流的实时控制是极富创造性的技术挑战。

1、在现代制造业中，工艺参数的实时控制涉及智能化，是必须解决的关键技术。工艺参数的实时控制实质上是一个多维关联数据流的实时控制问题。

2、加减速控制是高速高精度数控设备中必须具备的基本技术。加减速控制实质上就是进给速度的实时控制。在现有数控系统中，时间被插补周期锁定，成为一个系统参数，导致加减速控制的复杂化。

3、对伺服驱动器的动态时滞进行实时控制以实现伺服驱动的动态同步是高速高精度数控设备中必须解决的关键技术。在进给伺服系统中，各轴的动态性能不同从而所产生的动态时滞不同，对轮廓精度导致重大影响。对于两轴系统，现有数控系统采用耦合控制处理两轴同步问题。对于多轴系统，如何实施多时滞补偿，是目前研究与应用的难题。对于数字控制而言，时间控制本来是最简单的，但时滞补偿却不能使用最简单的时间控制，导致这一悖论的原因也是时间被锁定为系统时钟。

本申请人的在先专利申请的《计算机数字控制系统数据流关联控制方法与体系结构》(中国专利申请号：2007101243304.9，申请日：2007年10月29日)提出了一种数据流关联控制(Data-stream Related Control，简称DRC控制)的控制方法与体系结构。数据流关联控制将工艺参数的实时控制转化为数据流的时序关联性，也就是将开关视为虚拟坐标轴，相应的参数值视为该虚拟坐标轴的坐标值，将轨迹运动和工艺参数的实时控制统一起来，将工艺参数的实时控制转化为多轴多参数联动，从而将复杂的多轴多参数联动的插补迭代控制问题转化为PC系统中的一个数学问题。数据流关联控制使时间回归为独立的外部变量，为多维关联数据流的实时控制提供了强有力的技术手段。但是该技术方案在解决关联数据流的终点同步问题上还需要进一步改进。

发明内容

为此，本发明提出一种工艺参数关联数据流的实时控制方法，对包括工艺参数、加减速在内的多维关联数据流进行实时控制。

本发明以时间作为基本变量，称之为增量步进法。增量步进可视为脉冲步进之推广，只是在每次操作中，发送的进给量不是一个进给当量，而是若干个进给当量。显然，数据流的发送速度决定了进给速度。增量步进法调整数据流的发送速度以控制进给速度。

本发明涉及到的硬件平台为PC系统，软件平台为图形界面操作系统、CAD/CAM系统、通信系统等支持下的控制信息制造平台，用于生成多轴多参数联动的关联数据流并传送给可编程数据流控制器，由可编程数据流控制器完成关联数据流的实时控制。

本发明提出的这种增量步进法通过以下技术方案实现。