[发明专利]一种计算机数字控制方法与系统

摘要

大数据是新一轮的技术革命。传统理论与传统技术必须面对大数据时代所导致的观念变革。现有CNC技术基于插补控制原理，是算法驱动CNC技术。本申请基于大数据控制原理，审视大数据时代的实时控制技术，将大数据的观念应用于自动控制与智能制造，提出一种数据驱动计算机数字控制方法及系统，首创大数据在科学与工程中的应用。

主权项

一种计算机数字控制方法，用于实时控制多轴系统期望运动轨迹；其特征在于，储存在NC大数据存储器中的所述期望运动轨迹的NC大数据通过联动接口驱动所述多轴系统的坐标轴联动，实时控制所述多轴系统的运动过程；所述NC大数据包括联动映像δDi(i＝1、…、n)、控制节律δti(i＝1、…、n)、状态字；所述联动映像用于指定联动轴的离散位置数据：所述控制节律用于指定所述联动映像之间的时间间隔，以控制所述联动轴的运动速度；所述联动轴为实时联动的坐标轴；所述状态字用于指定所述联动轴及其运动方向，包括联动状态字与方向状态字；所述联动状态字用于指定所述联动轴，所述方向状态字用方向符号指定所述联动轴的运动方向；所述方向符号为1，所述联动轴的运动方向为正向，所述方向符号为0，所述联动轴的运动方向为负向；所述联动接口为所述联动映像与所述联动状态字共同控制的并行接口，用于向所述联动状态字指定的联动轴发送联动命令；所述联动命令为所述联动映像与所述联动状态字共同控制的一组并行同步脉冲，用于控制所述联动轴的起点同步；所述计算机数字控制方法包括NC大数据制造步骤(1)、NC大数据的存储结构重构步骤(2)、NC大数据文件生成步骤(3)、NC大数据文件发送步骤(4)、NC大数据驱动步骤(5)；所述NC大数据制造步骤(1)用于制造NC大数据；所述步骤(1)包括联动轴的离散位置数据生成步骤(1‑1)、控制节律生成步骤(1‑2)；所述联动轴的离散位置数据生成步骤(1‑1)用于将所述期望运动轨迹离散为n个离散点的序列，生成所述联动轴的离散位置数据δDi(i＝1、…、n)；所述离散位置数据的分量记为(δd1、…δdj、…、δdki)，其中，j＝1、…、ki，ki为所述分量中联动轴的个数，δdj的坐标值为1或0；所述步骤(1‑1)包括下述步骤：步骤(1‑1‑1)：按照用户指定的优化目标与所述期望运动轨迹，将所述期望运动轨迹离散为所述离散点序列，计算所述期望运动轨迹的第1个离散点的k1个坐标值；步骤(1‑1‑2)：依存储地址的顺序，将k1个坐标值分别存储在k1个数据区中；步骤(1‑1‑3)：重复所述步骤(1‑1‑1)至所述步骤(1‑1‑2)，直至所述期望运动轨迹的第n个离散点，计算所述期望运动轨迹的第n个离散点的kn个坐标值；步骤(1‑1‑4)：按照n个离散点的顺序，生成所述联动轴的离散位置数据δDi(i＝1、…、n)；所述控制节律生成步骤(1‑2)用于生成所述控制节律δti(i＝1、…、n)；所述步骤(1‑2)包括下述步骤：步骤(1‑2‑1)：按照主动轴的离散位置数据与用户指定的运动速度V，生成主动轴的初始离散时间数据，记为δt′1、…、δt′i、…、δt′n；按照加减速要求，将所述初始离散时间数据划分为加速段、匀速段与减速段，确定所述加速段的终点与所述减速段的起点；对应地，将其他联动轴的离散时间数据划分为加速段、匀速段与减速段；所述主动轴为离散位置数据全为“1”的联动轴；步骤(1‑2‑2)：基于所述主动轴匀速段的离散时间数据δt′i，校核所述用户指定的运动速度V；如果(1/δt′i)不等于V，调整所述用户指定的运动速度V，重复所述步骤(1‑2‑1)；步骤(1‑2‑3)：按照运动平稳性约束条件，调整随动轴离散时间数据加速段的终点与减速段的起点，以满足所述运动平稳性约束条件；所述随动轴为离散位置数据中“1”的个数最少的联动轴；步骤(1‑2‑4)：逐点精修所述初始离散时间数据δt′1、…、δt′i、…、δt′n，生成所述控制节律δti(i＝1、…、n)；步骤(2‑2‑5)：依存储地址的顺序，将所述控制节律δti(i＝1、…、n)存储在随动表的n个字节中；所述NC大数据的存储结构重构步骤(2)用于重构所述离散位置数据δDi(i＝1、…、n)在存储空间的存储结构，生成所述联动映像与联动表；所述步骤(2)包括下述步骤：步骤(2‑1)：对于第1个离散位置数据δD1(δd1、…δdj、…、δdk1)，从其k1个数据区中读出k1个分量，依所述联动状态字指定的顺序，将所述k1个分量按位存储在同一个字节的k1个位中，将剩余的(k‑k1)个位全置为“0”，生成第1个联动映像δD1(δd1、…、δdk)，其中，k1为所述第1个离散位置数据中联动轴的个数，k为所述多轴系统中坐标轴的个数；步骤(2‑2)：重复所述步骤(2‑1)，直至第n个离散位置数据δDn，生成第n个联动映像δDn(δd1、…、δdk)；步骤(2‑3)：依存储地址的顺序，将所述联动映像δDi(i＝1、…、n)存储在n个字节中；步骤(2‑4)：将所述n个字节分为若干子表，以数字序号标识；每个子表中的联动轴相同，每个子表中所述联动轴的运动方向相同；在每个子表的顶部添加所述联动状态字与所述方向状态字，生成所述联动表；步骤(2‑5)：对应地，将所述随动表的n个字节分为若干子表，以数字序号标识；所述NC大数据文件生成步骤(3)用于生成NC大数据文件；所述步骤(3)包括下述步骤：步骤(3‑1)：对于所述联动表的所有子表，生成所述联动表的所有子表的地址目录；所述地址目录包括每子表的联动表首地址；所述联动表首地址用于从所述联动表的每个子表中读取所述联动状态字、所述方向状态字、所述联动映像；步骤(3‑2)：对于所述随动表的所有子表，生成所述随动表的所有子表的地址目录；所述地址目录包括每个子表的随动表首地址与末地址；所述随动表首地址用于从所述随动表的每个子表中读取所述控制节律；所述随动表末地址用于所述期望运动轨迹的终点控制；步骤(3‑3)：将所述联动表的所有子表、所述随动表的所有子表、所述联动表的所有子表的地址目录、以及所述随动表的所有子表的地址目录合并，生成所述NC大数据文件；所述NC大数据文件发送步骤(4)用于通过串行接口向所述数据驱动器发送所述NC大数据文件；所述步骤(4)包括下述步骤：步骤(4‑1)：所述NC大数据文件通过所述串行接口发送给所述数据驱动器；步骤(4‑2)：所述数据驱动器通过所述串行接口接收所述NC大数据文件；步骤(4‑3)：所述数据驱动器将所述NC大数据文件存储在所述NC大数据存储器中；所述NC大数据驱动步骤(5)用于所述数据驱动器通过所述联动接口向伺服驱动器发送所述联动映像与所述方向符号，所述伺服驱动器接收与执行所述联动映像与所述方向符号，驱动所述联动轴联动；所述步骤(5)包括下述步骤：步骤(5‑1)：所述数据驱动器从所述地址目录中读取所述联动表第1个子表的首地址，写入数据指针；根据所述数据指针，所述数据驱动器从所述联动表的第1个子表中读取第1个联动状态字，写入联动寄存器；根据所述数据指针，所述数据驱动器从所述联动表第1个子表中读取第1个方向状态字，写入方向寄存器；根据所述数据指针，所述数据驱动器从所述联动表第1个子表中读取第1个联动映像，写入联动映像寄存器；步骤(5‑2)：所述数据驱动器从所述地址目录中读取所述随动表第1个子表的首地址，写入节律指针；根据所述节律指针，所述数据驱动器从所述随动表的第1个子表中读取第1个控制节律，并写入节律定时器；所述节律定时器中的定时时间到，通过所述联动接口，向所述第1个联动状态字指定的伺服驱动器发送所述联动命令与所述第1个方向状态字指定的所述方向符号；所述伺服驱动器响应所述联动命令所产生的中断请求，将所述联动映像与所述方向符号写入位置环，驱动所述联动轴联动；步骤(5‑3)：所述数据指针加1，所述节律指针加1，重复所述步骤(5‑1)至所述步骤(5‑2)，直至所述节律指针指向所述随动表第1个子表的末地址；步骤(5‑4)：所述数据指针加1，所述节律指针加1，重复所述步骤(5‑1)至所述步骤(5‑3)，直至所述节律指针指向所述随动表最后1个子表的末地址。