[发明专利]基于状态机原理的插补控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及运动控制领域，尤其涉及一种基于状态机原理的插补控制方法。

背景技术

随着计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感测量技术、机械制造技术的发展和大量运用，运动控制系统装置的实现主要经历了三种实现方案的形成：传统的硬件插补方案、计算机软件插补方案和采用软硬件配合的两级插补方案。

(1)传统的硬件插补方案

之所以称为传统的硬件插补方案，是因为该方案主要应用在早期的数控机床系统中。如1952年世界上第一台数控机床的控制系统全部采用电子管元器件实现；后来，在1959年，由于晶体管的出现，数控系统中开始广泛采用晶体管和印刷电路板；从1965年开始，数控系统中又逐步采用一些小规模的集成电路。

此方案下的数控系统全部采用专用的硬件线路完成包括插补在内的各种控制任务，由于其采用的都是各种分立元件和小规模集成电路，整个系统体积庞大、可靠性差、设计线路复杂，非常不利于设备的维护和升级。

(2)计算机软件插补方案

由于计算机技术的不断发展，市场上出现了各种小型计算机、微型计算机，数控系统生产厂家认识到，采用计算机软件插补方案替代原来专用控制线路，不仅经济上更合算，而且还能大幅度的提高系统性能。直至目前，工厂使用的数控机床，大多仍采用这种完全由计算机软件实现插补计算。

(3)软硬件配合的两级插补方案

由于插补驱动对实时性要求极高，必须在有限的时间内完成插补计算，输出进给轴的驱动信息。但随着数控系统的控制功能越来越复杂，对速度的要求越来越高，采用单一的软件插补方案已显得力不从心，因此，出现了采用软硬件相配合的两级插补方案。

此方案下，为了减轻计算机的插补时间负荷，将插补任务分为两部分，即由计算机软件和附加的插补器硬件功能承担。以加工弓箭轮廓为例，首先，计算机把弓箭轮廓按一定的周期分割为若干段，称为粗插补，硬件插补器在此基础上，完成各段内的“数据密化”，并形成脉冲输出，称为细插补。

在第(2)种和第(3)种方案下设计实现的系统，在结构和性能上都存在很大的局限性：

①实时性和可靠性差

采用通用的操作系统，与数控无关的任务可能占用了更多的开销，并且还影响着系统的实时性和稳定性。尤其是在加入加减速控制过程后，数控系统的实时性更是受到极大限制。

②成本高

能满足数控加工要求的工控机配上运动控制卡，使得系统成本很难降低。

③便携性不足

由于必须配备相应的工控机，使系统体积庞大且笨重，便携性方面存在缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服传统的硬件插补方案体积庞大、可靠性差、设计线路复杂，非常不利于设备的维护和升级的缺点。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种基于状态机原理的插补控制方法，通过基于IP核上插补控制模块来实现，包括如下步骤：

S1：初始化被积函数寄存器和余数寄存器；

S2：依据选定的进给轴，得到插补的输出脉冲数以及左移规格化处理所需移位次数；

S3：对被积函数寄存器中接收到的数据依据步骤S2中得到的所需移位次数进行左移规格化处理，对余数寄存器进行半加载初始化赋值；

S4：依据插补的输出脉冲数对被积函数寄存器和余数寄存器进行累加操作；

S5：判断余数寄存器的溢出条件是否满足；

若满足，则产生并输出溢出脉冲，进入步骤S6；

若不满足，则重复步骤S4，进行下一次累加；

S6：更新动点坐标和被积函数寄存器值，判断插补的终点条件是否满足；

若满足，则所述插补控制模块进入空闲状态；

若不满足，则重复步骤S4，进行下一次累加。

可选的，用于螺旋线插补。

可选的，用于直线插补。

可选的，用于圆弧插补。

用于圆弧插补时，在所述步骤S6中，重复步骤S4时：

若x轴方向到达终点，y轴方向未到达终点，则针对y轴方向对应的被积函数寄存器和余数寄存器进行累加操作；针对x轴方向对应的被积函数寄存器和余数寄存器清零；然后进入步骤S5；

若y轴方向到达终点，x轴方向未到达终点，则针对x轴方向对应的被积函数寄存器和余数寄存器进行累加操作；针对y轴方向对应的被积函数寄存器和余数寄存器清零；然后进入步骤S5；