[发明专利]一种基于DSP/FPGA动态可配置的机床智能控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床智能控制技术的改进，具体指一种基于DSP/FPGA动态可配置的机床通用智能控制器及实施方法，属于机械制造领域。

背景技术

当今的机床已越来越难满足市场的需求，具有更高加工质量、加工效率、更强自适应控制、更高可靠性、更强网络集成能力、更好的动态适应能力等智能化特征的数控机床正逐步成为高端数控机床发展的趋势。

智能控制是由自主地或与人交互地执行人类规定的任务的一种机器自动实现其目标的过程。智能控制应用于机械制造中时，是利用模糊数学、神经网络等方法对制造过程进行动态环境建模，利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合，从而解决需要依赖那些不完备和不够精确的数据来处理难以或无法预测的情况。

目前，国内外利用智能控制技术实现机床高效优质加工已有研究，如在提升加工效率和质量方面，专利CN202448022 U提供了包括自动进给装置和准在线检测装置的智能控制系统的珩磨机，通过压力/光栅传感器的设置，并与微控制器的连接，可动态显示加工状态并自动补偿和校正各种干扰造成的动态误差；专利CN1349877 A/ CN1128040 C提供了一种利用电流变材料设计的动态特性可以在线快速调整的智能型蹚杆，可根据切削振动信号快速预报切削颤振预兆，并根据加速度信号中蕴含信息及时在线调整切削系统的动态特性。又如，在节能控制方面，专利JP5083476 B1发明了一种数控单元用于控制机床外围装备的能耗。其中电能计算模块用于计算机床外围装备的电能消耗，条件监测部分通过监测机床PLC的输入与输出的控制信号来关闭外围装备；专利US8362655 B2提供了一种降低机床能耗的方法，并基于该方法设计了一种节能装置。该方法包含一个钝化装置和一个监控装置，该钝化装置预定义一个钝化规则，当机床产生符合该钝化规则的事件则由钝化装置发出钝化信号，由监控装置检测到该信号，控制机床进入节能模式。

由此可见，上述专利主要针对的是机床单个部件的优化和控制方式改造。但机床千差万别、其内部结构以及输入输出接口都不尽相同，而且机床执行的任务也随机床性能和加工工艺的不同而不同，因此上述已有发明装置或系统不能满足扩展应用的需要。

 

发明内容

针对现有技术及节能装置无法满足机床运行过程控制器的通用性、动态性、可配置性的需求，本发明的目的在于提供一种基于DSP/FPGA动态可配置的机床智能控制器及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于DSP/FPGA动态可配置的机床智能控制器，包括DSP/FPGA信息处理模块、数据输入模块、输出执行模块、中央处理嵌入式系统模块；所述DSP/FPGA信息处理模块包括硬件可重构信息采样单元、数字信号处理单元、硬件可重构算法单元、硬件可重构控制信息输出执行单元和数据存储单元；所述数据输入模块提供数据输入接口，通过硬件可重构信息采样单元与DSP/FPGA信息处理模块连接，用于将获取的数字信号或模拟信号经过处理后发送数字信号流至所述DSP/FPGA信息处理模块；

硬件可重构控制信息输出执行单元与输出执行模块连接，为所述输出执行模块提供控制指令；

所述输出执行模块用于与机床控制执行机构连接，用于输出并执行智能控制指令；

所述中央处理嵌入式系统模块与DSP/FPGA信息处理模块连接，并动态交换数据信息和指令；在向DSP/FPGA信息处理模块发送基于智能控制需求形成的智能控制策略文件时，根据该智能控制策略文件，分别由硬件可重构信息采样单元、硬件可重构算法单元和硬件可重构控制信息输出执行单元重构生成用于满足智能控制需求的硬件信息采样单元、硬件算法单元和硬件信息输出执行单元的动态组合，并自动生成智能控制算法图；在智能控制时，可重构信息采样单元获取机床当前状态信息，并融合历史状态信息解析智能控制算法图，生成智能控制命令并通过重构生成的硬件信息输出执行单元输出该智能控制命令给输出执行模块。

本智能控制器用于控制机床节能，其数据输入模块由数字信号隔离电路、程控信号调理阵列、模拟信号隔离电路和A/D转换阵列组成；其中数字信号隔离电路用于接收机床NC系统和PLC系统出来的数字信号并直接与硬件可重构信息采样单元连接；程控信号调理阵列用于接收机床传感器出来的模拟信号并依次连接模拟信号隔离电路和A/D转换阵列，A/D转换阵列输出接硬件可重构信息采样单元，由硬件可重构信息采样单元控制AD转换阵列对多路模拟信号进行实时高速精确同步采样，转换为高精度、高速度、低相位抖动的数字信号流。