[发明专利]面向多轴联动数控的可重构系统及重构方法

说明书

一种面向多轴联动数控的可重构系统，包括上位控制系统、下位控制系统和被控对象；控制专用集成电路的基本逻辑结构单元包括：SPI读模块SpiRd、SPI写模块SpiWr、指令译码模块DecInstr、PWM输出控制模块U1PwmDrv、AD采集转换控制模块U0MaxDrv、开关量输出模块DigOutP、开关量输入模块DigInP、运动指令队列模块mInstr、运动指令执行控制模块ExeInst，以及：XYZ三轴进给运动控制模块U_XMtDrv、U_YMtDrv、U_ZMtDrv或X/Y/Z/X1/Y1/Z1/W1七轴运动控制模块U₀MtDrv～U₆MtDrv。系统重构方法，构造系统时，根据系统要求，选用1个或多个上述模块，并结合被控对象运动特征进行控制。

技术领域

本技术方案属于数控技术领域，具体是一种面向多轴联动经济型数控的系统重构方法与可重构工业控制系统。

背景技术

三维打印基于离散-堆积的观念，通过二维层面的加工实现空间三维形状，能够极大降低复杂三维结构的加工难度，是当前制造领域的一个重要研究内容。高性能加工控制方法及系统等均是三维打印领域的重要研究方向。结合三维打印在新型成型工艺、方法、材料与金属零件成型等方向的发展，研究低成本、高精度、高集成度、高可靠性、具有可扩展功能与重构功能的新型3D打印控制方法与经济型系统是该方面研究的重要内容。

同时，个性化、差异化的社会需求也对生产系统的适应性、复杂度提出了更高的要求，适应多变市场、快速变化产品的低成本、高柔性、高复杂程度的经济型数控，是生产现场对加工系统的急迫要求。

发明内容

本发明根据上述状况，研究面向三维打印的控制技术，并加以扩充至面向其它典型多轴联动被控对象，基于高性能标准工业PC系统、嵌入式控制器以及专用控制集成电路，提出一种面向多轴联动经济型数控的可重构系统，包括上位控制系统、下位控制系统和被控对象；

上位控制系统完成本工业控制系统的人机接口与控制、分层切片算法与数据处理；

下位控制系统由嵌入式系统、控制专用集成电路与基本支撑电路构成；

嵌入式系统实现控制过程的管理调度、加工相关控制算法与硬件驱动功能；控制专用集成电路接收嵌入式系统送出的指令信息，根据被控设备的要求，执行数据转换并将转换后的指令数据送入相应控制电路，驱动被控对象的相应执行部件实现相应的动作；同时，控制专用集成电路采集被控对象的状态信息给嵌入式控制系统；基本支撑电路包括嵌入式处理器、控制专用集成电路等的电源、启动、时钟、外部存储等电路；

所述控制专用集成电路的基本逻辑结构单元包括：SPI读模块SpiRd、SPI写模块SpiWr、指令译码模块DecInstr、PWM输出控制模块U1PwmDrv、AD采集转换控制模块U0MaxDrv、开关量输出模块DigOutP、开关量输入模块DigInP、运动指令队列模块mInstr、运动指令执行控制模块ExeInst，以及：

X/Y/Z/X1/Y1/Z1/W1轴运动控制模块U₀MtDrv～U₆MtDrv，这7个模块采用同种逻辑结构；W轴动作控制模块UwJetMt，UwJetMt仅要求有速度控制，其余各轴要求速度、位移控制，同时具有联动控制的要求；

附加AD采集与转换控制模块U₁MaxDrv，其模块电路与U₀MaxDrv相同；

SpiRd与SpiWr共同实现SPI读写控制；

DigOutP与DigInP实现开关量输入/输出控制；

U₀MtDrv～U₆MtDrv与UwJetMt实现被控对象的X、Y、Z、X1、Y1、Z1、W1与W向运动控制；