[发明专利]一种基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种全软件开放式数控中的运动控制器体系结构，具体涉及一种基于SERCOS的模块化可重构运动控制器体系结构。

背景技术

开放式数控是目前数控技术的一个重大进展，它打破了过去世界上数控系统主要由几个大跨国公司垄断的局面，对我国这样数控技术原本比较落后的国家，是一个重大的机遇。它的最主要特点就是用廉价的通用PC机软硬件取代过去昂贵的数控装置(简称NC)，把很多原来要用硬件实现的功能由软件代替，从而打破了长期制约我国数控技术发展的硬件瓶颈，并具有了许多传统数控不具有的优点。开放式数控的实现，是建立在近年来PC机中CPU性能和速度飞跃式发展和丰富的配套软件基础上的。

开放式数控系统具有国际标准化组织(ISO)所提出的：“可互操作性、可移植性、可扩展性、可互换性”的特点，这实际上也是通用PC具有的特点。数控装置简称NC，目前开放式数控系统主要类型有三种：①PC嵌入NC；②NC(实际上就是硬件运动控制器)嵌入PC；③全软件型数控(SOFT NC)。其中全软件型数控是目前开放式数控领域的最新进展，其特点是全部数控装置(NC)的主要功能都由软件在PC机中实现。

目前，数控装置(包括传统数控和各类开放式数控)与伺服执行机构之间符合国际标准的接口有两种类型：①通用的指令和反馈信号输入/输出接口，简称指令/反馈I/O接口，其指令信号又可分为±10V模拟信号、脉冲/方向(Pulse/Dir)信号、正/反向脉冲(CW/CCW)信号三种，反馈信号多采用正交编码器脉冲。②基于SERCOS总线协议，其指令和反馈信号都是SERCOS报文形式。

此外还有一些总线接口用于伺服控制，如MACRO、Fire Wire、CAN、MODBUS、Profibus等，但有的支持厂家有限，有的速度慢只能完成简单点位控制和开关动作，其中只有SERCOS成为唯一用于运动控制的开放式接口国际标准(IEC61491)。

目前常用的插补方法有数字脉冲增量法和数据采样法两大类，每一大类又可以分成若干类型。前者每一步伺服进给都由数控系统完成，占用CPU时间较多，多用于早期的步进电机执行机构。后者把插补方法分成粗插补和精插补两部分，粗插补由数控系统完成，精插补则由伺服系统的软硬件完成。现代的数控系统无一例外都采用了后者。近年来还发展了一种NURBS插补，但要在CAD/CAM软件支持下使用，无法单独用于数控系统。

一个已有技术[1]，见《数控机床》(上海科学技术出版社2000.07出版，吴祖育，秦鹏飞主编)以及《现代数控原理及控制系统》(国防工业出版社2002.02出版，王爱玲，张吉堂，吴雁编著)等著作。在这类已有数控技术中，包括传统数控和开放式数控，均采用第一种通用指令/反馈I/O接口(见附图1，2)。

由于受到硬件接口、信号类型(±10V、Pulse/Dir、CW/CCW)、以及伺服驱动器与运动控制器之间信号连接线的限制，已有技术[1]中，不管是传统数控还是开放式数控，也不管采用脉冲增量法还是数据采样法插补，均无法实现任意伺服轴之间可定义，可增减、可组合联动的高度可重构性。