《一种以轴为单位模块化可重构的运动控制系统》

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运动控制系统是数控机床、机器人等一类机电一体化设备中的核心部分。一个典型的运动控制系统主要由运动控制器、驱动器、执行器、传感器和被控对象组成,整个系统的运动指令和驱动信息由运动控制器发出,通过驱动器完成对执行器的驱动,因此运动控制器又是整个运动控制系统的核心。运动控制系统中的运动控制器控制架构正由封闭式架构向具有互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性的开放式体系架构方向发展。国内外,已有多种商品化的开放式运动控制器,如美国Delta Tau Data Systems公司的PMAC运动控制器,国内固高公司系列控制器。但是,这些运动控制器构成的运动控制系统结构复杂,开放程度低,互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性等都较差,而且通常要求用户必须使用运动控制器所提供的标准功能才能进行运动控制系统的设计和二次开发,这使得运动控制系统特别是运动控制器的扩充和修改极为有限,造成用户对供应商的依赖,并难以将自己的专业技术、控制算法等集成于运动控制系统内,完成对运动控制系统的重构。该发明的目的旨在提供一种以轴为单位模块化可重构的运动控制系统,以轴为单位进行规划、设计和数据信息管理,使得运动控制系统的结构更加开放,进而解决现有运动控制系统开放程度低,互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性等都较差的问题,便于实现运动控制器的扩充和修改,快速实现以轴为单位的运动控制系统的重构。为实现上述目标,该发明所采用的技术方案如下:一种以轴为单位模块化可重构的运动控制系统,至少包括运动控制器、传感器、驱动器、执行器和被控对象,运动控制器主要由管理框架层、功能模块框架层、功能模块层、硬件接口驱动层和硬件接口层组成;管理框架层、功能模块框架层、功能模块层和硬件接口驱动层内部的组成均以轴为基本单位。管理框架层至少包括轴管理框架;功能模块框架层至少包括设定点发生器框架、控制器框架、测量系统框架、执行系统框架和扩展功能框架;功能模块层至少包括设定点发生器功能模块、控制器功能模块、测量系统功能模块、执行系统功能模块和扩展功能模块;硬件接口驱动层至少包括轴管理框架硬件接口驱动、传感器接口驱动和执行器接口驱动:硬件接口层至少包括轴管理框架硬件接口、传感器接口和执行器接口。该发明的特点和有益效果在于:以轴为单位对运动控制系统进行规划与设计,并在运动控制器中采用轴管理框架对轴的各个功能框架和硬件驱动进行调用与数据管理,提高了运动控制系统的互操作性。运动控制系统中的运动控制器功能模块框架层、功能模块层和硬件驱动层内部组成均可根据实际工况下的轴的运动与控制需求进行增加、裁剪和修改,因此提高了运动控制系统的可缩放性。运动控制器中功能模块层的功能模块彼此独立,且不直接与硬件驱动层通信, 因此当执行器、传感器、驱动器和被控对象改变后,可以通过更改硬件驱动层和对功能模块 进行最小修改,将该运动控制系统移植于数控机床、机器人等一类机电一体化设备中,提高 了运动控制系统的可移植性和可互换性。运动控制系统中的运动控制器完全开放,用户可以将自己设计的功能模块加 入其中或对现有功能模块重新组合,完成对运动控制系统的重构。

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