1 导言
现在,比较实践的完结敞开式数控体系的途径是“PC +多轴操控器”,在这种结构中, PC机处理非实时部分,实时操控部分由多轴操控器来承当,构成多级分布式操控形式。这样架构出来的数控体系既具有前端PC机的柔性,又具有专用CNC体系的稳定性和可靠性。在国内市场上, 功用价格比较高的当属依据PMAC ( Programable Multi2axes Controller)多轴运动操控器的敞开式操控体系。因为PMAC多轴运动操控器优异的轨道盯梢才能和精度,在许多高功用的数控体系和研讨项目中选用它构建敞开式操控体系。
Turbo PMAC多轴运动操控器是PAMC系列的晋级版别,坚持了PMAC的优异功用,其特有的敞开的运动学核算特性,更适合于构建面向杂乱运动的敞开式数控体系,如并联机床和机器人数控体系。
2 Turbo PMAC的功用和敞开特性
Turbo PMAC是美国Delta Tau公司在PMAC的根底上推出的依据工业PC和W indows操作体系的敞开式多轴运动操控器,采用了更高速度的DSP56300 系列数字信号处理器,供给全新的高功用技能和Win2dows渠道, 满意用户在运动操控各个范畴的需求。Turbo PMAC可一起操控1～32个轴,完结多轴联动操控。Turbo PMAC既可独自履行存储于操控器内部的程序,也可履行运动程序和PLC程序。它能够主动对使命优先级进行判别,然后进行实时多使命处理。在硬件结构上,只需经过恰当的参数设置和运用不同的接口卡, Turbo PMAC便能与各种伺服体系匹配,能够方便地衔接各种模仿或数字伺服驱动器。Turbo PMAC与PC机的通讯有三种办法:串行、总线和双端口RAM办法,能够依照实践硬件条件和需求挑选最适合的办法。Turbo PMAC能够在PC XT/AT、VME、STD 总线上运转,由此供给了多渠道的支撑特性,一起也使同一操控软件能够在不同的硬件渠道上运转,这种特性表现了Turbo PMAC 在硬件结构上的敞开性。
在软件结构上, Turbo PMAC供给了Windows渠道下的驱动程序,支撑VC + +、VB、Delphi、C + +Builder等编程言语环境,完结W indows环境下的人机界面规划。此外, Turbo PMAC也支撑DOS环境下操控程序的开发,由此可对Turbo PMAC进行高实时性操控,为开发高功用的嵌入式数控体系供给了条件。TurboPMAC对多种程序规划言语和多种操作体系渠道的支撑,表现了Turbo PMAC对开发环境的敞开性。Turbo PMAC供给了强壮的运动操控功用,如直线插补、圆弧插补、样条曲线插补等形式,用户也能够经过这些基本形式定制出自己适宜的运动形式。TurboPMAC支撑数控G代码和M代码指令操控,支撑刀具补偿功用,可方便地开发机床数控体系。Turbo PMAC采用了带陷波滤波器的P ID算法进行电动机的伺服操控,能有效地战胜电动机运转中的机械振动,该伺服环引入了速度和加快度前馈,进一步进步了伺服操控中的轨道盯梢精度和加快功用。Turbo PMAC内含了逻辑功用强壮的可编程操控器(PLC) ,能够和运动操控程序密切配合完结外部设备的开关量( I/O)操控。
同PMAC系列多轴运动操控器比较, Turbo PMAC除运算速度和内存添加外,还添加了新操控特性,首要有:先进的加快超前猜测,内建的正向运动学和逆向运动学核算才能,三维刀具半径补偿功用,在线改动运动方针,多端口接连通讯,为每个电动机拟定正弦转化表,可独自挑选电动机的P ID伺服操控算法或运用外部界说的算法,大大添加了同步M变量缓冲区,为每个坐标系设置两个伺服速率定时器,运动轨道反求才能。其间,正向/逆向运动学核算功用和伺服操控算法界说功用,表现了Turbo PMAC运动渠道在面向用户的敞开性方面向前跨了一大步,运用户能灵敏地在该渠道上装备自己的运动算法,快速开发杂乱数控体系的运用产品。
3 Turbo PMAC敞开的运动学核算特性
关于面向杂乱运动的操控体系,如并联机床操控和多轴机器人操控,虽然PMAC依然能够作为一个优异的操控渠道,但首要是利用了PMAC的伺服操控功用和多轴联动操控功用,而那些高功用的辅佐功用很难直接运用,较典型的便是G代码和刀具补偿等功用,这就添加了产品的开发难度。在依据Windows渠道上的运用,乃至会构成在线实时操控失利,究其原因,首要是因为PMAC的辅佐功用是以笛卡尔坐标为根底,而并联机床和机器人的实践操控轴一般不是笛卡尔几许形状,方针运动轨道与驱动轴关节坐标系为非线性联系,因而运动轨道规划之后,还需求上位机完结粗插补、坐标运动转化和虚、实轴改换等运动学运算,构成实践轴的密化操控数据,在非实时操作体系渠道下(如W indows)很多密化的数据传输成为实时操控的难点和瓶颈。在并联机床数控体系开发中,因为不能直接运用PMAC供给的辅佐功用,需求开发者编制对规范G代码数控程序的解释程序和刀具补偿程序,会大大下降体系开发功率和产品的可靠性。上述存在的问题在Delta Tau 公司开发的新一代多轴操控器Turbo PMAC中得到了较好的处理。
Turbo PMAC供给了一种机制,运用户很简略完结杂乱的运动学运算。当刀尖坐标和驱动轴关节坐标系之间为非线性联系时,运动学核算功用变得尤为重要。典型比如便是并联机床和机器人体系。在并联机床操控中,只需将对应组织的运动学程序嵌入到TurboPMAC操控器中, Turbo PMAC能够依据刀尖轨道主动依照给定的运动学算法核算出实践驱动轴的方位坐标。Turbo PMAC的这种才能,答应在笛卡尔坐标系(虚轴坐标系)对刀尖轨道编程,而不必考虑实践操控轴的坐标形状。Turbo PMAC的运动算法程序编制办法简略,与PLC程序语法规矩共同,该程序放在TurboPMAC的专用缓冲区中,作为子程序供运动程序调用。Turbo PMAC中运动学核算的界说与组织学中界说的基本思想共同。正向运动学运算是指,以驱动轴关节坐标作为输入量,核算出刀尖的轨道方位坐标。在并联机床操控中,经过正向运动学核算能够获得操控初始的刀尖方位,也能够在加工过程中陈述刀尖轨道方位。正向运动学运算往往无关闭解,因而TurboPMAC支撑迭代处理,以处理杂乱的正向运动学核算。逆向运动学运算是指,以刀尖方位坐标作为输入,核算出驱动关节的方位坐标。在并联机床操控中,刀尖的每个编程端点都需求进行逆向运动学核算。特别指出的是,在非线性程度很高的并联机床操控中,如只对编程端点进行逆解运算,则意味着一切插补均在关节空间中进行,一般情况下刀尖轨道不会是一条直线。因而,有必要首要对编程段进行粗插补(即编程段细分) ,对每一个细分段再进行逆解运算,而在关节空间只进行精插补,则刀尖轨道差错会很小,乃至可忽略不计。这种处理办法在Turbo PMAC中得到支撑,经过操控分段时刻变量来界说粗插补周期,完结在直线和圆弧运动形式下依据时刻切割的粗插补功用。
4 定论
Turbo PMAC的敞开特性为开发杂乱的数控体系供给了一个杰出的运动操控渠道,经过其敞开的运动学运算功用封装了设备结构的杂乱性,并能够直接运用Turbo PMAC供给的数控G代码和刀具半径补偿等辅佐功用,然后削减上位机核算量和与Turbo PMAC的通讯数据量,进步操控的实时功用,能够下降开发本钱,使开发者把更多精力投入到设备操控功用和功用研讨中。能够预见, Turbo PMAC将在并联加工机床和机器人操控范畴得到广泛的运用,并可为我国自行研发的高功用、敞开性多轴运动操控器供给技能参阅。
