專利名稱：一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬先進(jìn)控制領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)以高精度伺服運(yùn)動(dòng)控制和多軸同步控制為主要特征，是數(shù)控設(shè)備、火炮、雷達(dá)以及陀螺導(dǎo)航等技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性控制技術(shù)。本發(fā)明涉及多軸同步的自適應(yīng)控制，針對被控對象的不確定性及其動(dòng)態(tài)特性的變化，提出一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所謂數(shù)字化就是將模擬量離散為"0"與"1"的數(shù)據(jù)流。所謂數(shù)字設(shè)
備就是對輸入數(shù)據(jù)流進(jìn)行數(shù)字處理以產(chǎn)生所需要的結(jié)果。因而，從數(shù)據(jù)流的觀點(diǎn)來看，任何數(shù)字設(shè)備都是數(shù)據(jù)流的合成裝置。數(shù)字電視將視頻與音
頻的多維數(shù)據(jù)流合成為圖像與聲音協(xié)調(diào)一致的畫面，數(shù)控機(jī)床將X、 Y、 Z軸的多維數(shù)據(jù)流合成為運(yùn)動(dòng)軌跡，等等。對于多維數(shù)據(jù)流，在每個(gè)時(shí)序點(diǎn)上，如果數(shù)據(jù)流之間的"0""1"信息是相互依存的，這種耦合關(guān)系稱之為時(shí)序關(guān)聯(lián)性，其"0" "1"分布則稱之為該多維數(shù)據(jù)流在該時(shí)序點(diǎn)的狀態(tài)。相互之間具有時(shí)序關(guān)聯(lián)性的多維數(shù)據(jù)流稱之為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流。上述視頻與音頻的多維數(shù)據(jù)流和X、 Y、 Z軸的多維數(shù)據(jù)流都是關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流。
從關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的觀點(diǎn)來看，所謂關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)控制，例如X、 Y、…、Z軸的多軸聯(lián)動(dòng)就是X、 Y、…、Z多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，即X、Y、…、Z多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)同步問題；高品質(zhì)電視也涉及視頻與音頻的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)同步問題。
計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)以高精度伺服運(yùn)動(dòng)控制和多軸同步控制為主要特征，是數(shù)控設(shè)備、火炮、雷達(dá)以及陀螺導(dǎo)航等技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性控制技術(shù)。
5文獻(xiàn)《高性能運(yùn)動(dòng)控制在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述》(載《信息與控制》，2003年第3期，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)和中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所聯(lián)合主辦，作
者王軍平，王安，敬忠良，陳全世)、《多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)中的交叉耦合控制》
(載《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造》，2006年第10期，遼寧省機(jī)械研究院主辦，機(jī)械
設(shè)計(jì)與制造雜志社出版，作者叢爽，劉宜)綜述了多軸同步技術(shù)的現(xiàn)狀。
在擾動(dòng)、非線性、系統(tǒng)模型和參數(shù)不確定性的情況下設(shè)計(jì)高性能的伺服控制系統(tǒng)是高速高精度運(yùn)動(dòng)控制面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。時(shí)滯是工業(yè)過程中固有的特性，是物理系統(tǒng)中的最難控制的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有進(jìn)給伺服系統(tǒng)
作為一個(gè)PID控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)本身及其算法設(shè)計(jì)均依賴控制對象。機(jī)械
系統(tǒng)的非線性外部擾動(dòng)、摩擦力、軸的負(fù)載變化、軸的增益與時(shí)間常數(shù)不匹配等環(huán)境不確定性，系統(tǒng)模型的參數(shù)與結(jié)構(gòu)的模型不確定性、進(jìn)給速度與輪廓曲率變化的時(shí)變特性都影響時(shí)滯，從而改變軸的動(dòng)態(tài)性能，產(chǎn)生輪廓誤差。而現(xiàn)有數(shù)字控制技術(shù)采用交叉耦合控制處理多軸同步問題，其技術(shù)手段都是采用建立系統(tǒng)模型與控制算法對輪廓運(yùn)動(dòng)的位置誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，使多軸同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)。交叉耦合指的是兩軸之間的交叉耦合， 一旦軸數(shù)增加，交叉耦合的組合數(shù)以指數(shù)遞增。因而，交叉耦合控制在處理兩軸以上的多軸同步問題時(shí)，必然面臨"組合爆炸"?，F(xiàn)有數(shù)字控制技術(shù)的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于，進(jìn)給速度與輪廓曲率變化的時(shí)變特性難于和傳遞函數(shù)結(jié)合在一起進(jìn)行分析，由此產(chǎn)生了速度規(guī)劃問題。許多研究工作試圖采用
自適應(yīng)控制(Adaptivecontrol)來處理多軸同步問題。然而，由于PID控制系統(tǒng)完全依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，對不確定模型無能為力，傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制在實(shí)際應(yīng)用中遇到了很大的困難。因此，突破傳統(tǒng)控制思想的約束，面向?qū)嶋H工業(yè)過程的特點(diǎn)研究發(fā)展各種對模型要求低、在線計(jì)算簡單方便、實(shí)時(shí)性好、控制效果佳的自適應(yīng)控制技術(shù)，成為新的技術(shù)方向。
摩擦力、軸的負(fù)載變化(在數(shù)控機(jī)床中主要是切削力的變化所導(dǎo)致的軸的負(fù)載變化)是影響多軸同步的主要因素。在現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)中，要
6求每個(gè)軸的數(shù)據(jù)流以給定的速度在同一時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng)，即起始時(shí)刻必須同步，同時(shí)將速度的變化視為影響輪廓精度的間接原因。從關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的觀點(diǎn)來看，多軸不同步產(chǎn)生位置誤差的直接原因是，每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯不同導(dǎo)致多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)不同步，從而產(chǎn)生位置誤差。數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制抓住時(shí)滯是導(dǎo)致多軸不同步的直接原因，不關(guān)注影響多軸同步的那些非線性因素的內(nèi)部機(jī)理與實(shí)際過程，而只關(guān)注這些非線性因素最終所產(chǎn)生的綜合效應(yīng)即動(dòng)態(tài)時(shí)滯的大小。因而，從關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的觀點(diǎn)來看，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)同步問題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制問題，或者說，數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制采用時(shí)滯補(bǔ)償，將多軸同步的自適應(yīng)控制轉(zhuǎn)化為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)同步控制。
對于數(shù)字控制而言，時(shí)間控制本來是最簡單的。在現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)中，時(shí)滯補(bǔ)償卻不能使用最簡單的時(shí)間控制，導(dǎo)致這一悖論的原因是，在現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)中時(shí)間被鎖定為系統(tǒng)時(shí)鐘?，F(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)采用時(shí)間分割法(又稱數(shù)字增量法)進(jìn)行插補(bǔ)迭代控制，插補(bǔ)是其最重要的實(shí)時(shí)任務(wù)。公式
er=(TF)，)
描述了逼近誤差^與進(jìn)給速度F和插補(bǔ)周期T、圓弧半徑r之間的關(guān)系。該公式指出，逼近誤差^與進(jìn)給速度F和插補(bǔ)周期T的平方成正比。插補(bǔ)速度和插補(bǔ)精度成為現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)最重要的技術(shù)指標(biāo)，因而，提高插補(bǔ)速度是現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)的首要目標(biāo)。該公式說明，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的插補(bǔ)周期作為系統(tǒng)時(shí)鐘，"大權(quán)獨(dú)攬，小權(quán)不放"， 一竿子插到底，設(shè)計(jì)、施工全包，而且是"邊設(shè)計(jì)，邊施工"。這樣一來，時(shí)間被插補(bǔ)周期鎖定，不是一個(gè)可控的外部變量，而是一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)因而成為一個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)的高度剛性的非開放式系統(tǒng)，不能使用最簡單的時(shí)間控制，不可能提出關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)同步問題，不可能進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，并產(chǎn)生了速度規(guī)劃問題。這是現(xiàn)有數(shù)字控制技術(shù)在實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制方面遇到很大困難的根本原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對軸的負(fù)載變化、摩擦力變化產(chǎn)生的強(qiáng)擾動(dòng)、強(qiáng)耦合、不確定性等非線性特性提出一種對關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)進(jìn)行終點(diǎn)同步的自適應(yīng)控制方法與系統(tǒng)。本發(fā)明的思路是，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流通過閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)或半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(為敘述簡便，統(tǒng)而言之簡稱進(jìn)給伺服系統(tǒng))的加工后傳輸給軸。將軸與控制軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)看作一個(gè)整體并視為信道，稱之為軸的控制信道?？刂菩畔⒃诳刂菩诺乐羞M(jìn)行加工與傳輸必然要產(chǎn)生延遲，控制信道的時(shí)滯是引起位置誤差的主要原因，隨著高速加工時(shí)進(jìn)給速度的提高而更加嚴(yán)重。數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制將控制信道視為一個(gè)真正的"黑箱"，所需要的全部信息都包含在控制信道的輸入數(shù)據(jù)流與輸出數(shù)據(jù)流之中，不需要進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)部任何有關(guān)加工過程的提示信息。數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制還將控制信道的時(shí)滯視為控制信道所固有的特征值，進(jìn)而歸結(jié)為軸的一個(gè)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，稱之為軸的靜態(tài)時(shí)滯，并存儲(chǔ)在軸的結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫中。顯然，軸的負(fù)載變化、摩擦力變化、進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)加工過程的變化以及非線性外部擾動(dòng)等因素都影響控制信道的時(shí)滯。換言之，在軸的運(yùn)動(dòng)過程中，控制信道的時(shí)滯是可變的，成為動(dòng)態(tài)時(shí)滯。數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制不關(guān)注上述強(qiáng)擾動(dòng)、強(qiáng)耦合、多變量等復(fù)雜非線性因素所產(chǎn)生的機(jī)理與過程，而是關(guān)注這些復(fù)雜非線性因素所產(chǎn)生的綜合效應(yīng)即動(dòng)態(tài)時(shí)滯，通過對動(dòng)態(tài)時(shí)滯的檢測與處理解決關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流在復(fù)雜非線性環(huán)境中的終點(diǎn)同步問題，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜非線性環(huán)境中的自適應(yīng)控制。
本發(fā)明將軸的位置誤差與軸的時(shí)滯誤差解耦分離，也就是將多軸輪廓運(yùn)動(dòng)的位置誤差解耦為每個(gè)軸的位置誤差與每個(gè)軸的控制信道的時(shí)滯誤差。每個(gè)軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)處理該軸的位置誤差。每個(gè)軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)接收該軸的輸入數(shù)據(jù)流，通過反饋又接收該軸的輸出數(shù)據(jù)流到達(dá)終點(diǎn)時(shí)的
8位置信息與時(shí)間信息，從而獲得軸的控制信道的靜態(tài)時(shí)滯。當(dāng)軸的負(fù)載發(fā) 生變化、摩擦力發(fā)生變化、進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)加工過程發(fā)生變化時(shí)、以及出 現(xiàn)其他非線性外部擾動(dòng)，軸的控制信道的時(shí)滯也隨之而變。進(jìn)給伺服系統(tǒng) 在每個(gè)采樣周期的后期計(jì)算動(dòng)態(tài)時(shí)滯并傳送給可編程數(shù)據(jù)流控制器。根據(jù) 每個(gè)軸的控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯，可編程數(shù)據(jù)流控制器進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，即校 正發(fā)送每個(gè)數(shù)據(jù)流的起始時(shí)刻。因而，在每個(gè)軸的控制信道中，每個(gè)數(shù)據(jù) 流開始運(yùn)動(dòng)的起始時(shí)刻是不同的。本發(fā)明根據(jù)每個(gè)軸的控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí) 滯，調(diào)整每個(gè)數(shù)據(jù)流在其控制信道中開始運(yùn)動(dòng)的起始時(shí)刻以適應(yīng)動(dòng)態(tài)時(shí)滯 的變化，從而使多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的狀態(tài)流同步到達(dá)終點(diǎn)，校正了多軸不同 步所產(chǎn)生的位置誤差，故稱之為終點(diǎn)同步。
在可編程數(shù)據(jù)流控制器中設(shè)置一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)每個(gè)控 制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯。因而，根據(jù)每個(gè)軸的控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N
個(gè)(N〉1)動(dòng)態(tài)時(shí)滯，對時(shí)滯補(bǔ)償進(jìn)行校正，可以對每個(gè)軸的控制信道的動(dòng)態(tài) 時(shí)滯進(jìn)行前饋控制(Feed forward Control)。
本發(fā)明以時(shí)間作為基本變量，稱之為增量步進(jìn)法。增量步進(jìn)可視為脈 沖步進(jìn)之推廣，只是在每次操作中，發(fā)送的進(jìn)給量可能不是一個(gè)進(jìn)給當(dāng)量， 而是若干個(gè)進(jìn)給當(dāng)量。顯然，數(shù)據(jù)流的發(fā)送速度決定了進(jìn)給速度。增量歩 進(jìn)法調(diào)整數(shù)據(jù)流的發(fā)送速度以控制進(jìn)給速度，調(diào)整發(fā)送數(shù)據(jù)流的起始時(shí)刻 以控制動(dòng)態(tài)時(shí)滯。
因此，本發(fā)明提出一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法及其系統(tǒng)，并通 過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
這種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法包括以下步驟1)控制信息制造系 統(tǒng)接收用戶程序，構(gòu)建多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流和靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，并傳輸給可編 程數(shù)據(jù)流控制器；2)可編程數(shù)據(jù)流控制器按照靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流設(shè)定的起始 時(shí)刻將多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)；3)進(jìn)給伺服系統(tǒng)接收并 執(zhí)行多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流，將每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯反饋給可編程數(shù)據(jù)流控制器；4)可編程數(shù)據(jù)流控制器接收每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯，構(gòu)建動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，并按 照動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流設(shè)定的新的起始時(shí)刻將多軸數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服
系統(tǒng)；并重復(fù)步驟3)直至多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
作為一種優(yōu)化方案，上述關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法中的步驟1)包
括以下步驟1-1)所述控制信息制造系統(tǒng)接收用戶程序，構(gòu)建多軸關(guān)聯(lián)數(shù) 據(jù)流；1-2)所述控制信息制造系統(tǒng)進(jìn)行速度規(guī)劃，根據(jù)用戶程序中的速度 方程和多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流計(jì)算出時(shí)間參數(shù)數(shù)據(jù)流，并加入到所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù) 據(jù)流中，形成多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣；1-3)所述控制信息制造系 統(tǒng)從結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫中取出每個(gè)軸的靜態(tài)時(shí)滯，計(jì)算出靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流， 并加入到所述多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣；1-4)所述控制信息制造系 統(tǒng)對所述多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣進(jìn)行格式化，生成DCFS文件， 并將所述DCFS文件傳輸給所述可編程數(shù)據(jù)流控制器。
所述步驟2)包括以下步驟2-1)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器接收所述 DCFS文件后，將其中的所述時(shí)間參數(shù)數(shù)據(jù)流寫入速度定時(shí)器，將其中的所 述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流寫入啟動(dòng)定時(shí)器，將所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流寫入數(shù)據(jù)流驅(qū) 動(dòng)器；2-2)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器打開啟動(dòng)定時(shí)器，以啟動(dòng)定時(shí)器寫入 的起始時(shí)刻，以速度定時(shí)器寫入的操作速度，通過接口電路，將所述多軸 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。
所述步驟3)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收并執(zhí)行多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流后，在每個(gè)采樣 周期的后期，每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)計(jì)算該控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯值并反饋給所 述可編程數(shù)據(jù)流控制器。
所述步驟4)包括以下步驟4-1)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器接收每個(gè) 控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯，并計(jì)算出動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，將所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流 寫入啟動(dòng)定時(shí)器；4-2)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器打開啟動(dòng)定時(shí)器，以啟動(dòng) 定時(shí)器寫入的起始時(shí)刻，以速度定時(shí)器寫入的操作速度，通過接口電路， 將所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；4-3)重復(fù)步驟3) 直至所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
所述步驟l-3)中，所述控制信息制造系統(tǒng)計(jì)算靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流通過以 下步驟實(shí)現(xiàn)以靜態(tài)時(shí)滯最大的軸為基準(zhǔn)，計(jì)算基準(zhǔn)軸的靜態(tài)時(shí)滯與其他 軸的靜態(tài)時(shí)滯之差，將基準(zhǔn)軸的靜態(tài)時(shí)滯置0，其他軸的靜態(tài)時(shí)滯設(shè)為相應(yīng) 的差值。步驟4-l)中，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器計(jì)算動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流通過以下 步驟實(shí)現(xiàn)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器接收每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯信息， 以動(dòng)態(tài)時(shí)滯最大的控制信道為基準(zhǔn)，計(jì)算其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與基準(zhǔn) 控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差，差值小于At時(shí)無須時(shí)滯補(bǔ)償，差值大于或等于 At時(shí)，則將相應(yīng)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯記為該差值，同時(shí)將基準(zhǔn)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯記為0。
所述可編程數(shù)據(jù)流控制器將每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)時(shí)滯 數(shù)據(jù)庫中；所述步驟4-l)中，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器在計(jì)算基準(zhǔn)控制信 道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差時(shí)，從所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫 中取出其他控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N個(gè)(N〉1)動(dòng)態(tài)時(shí)滯，并根據(jù)前 N個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化對差值進(jìn)行校正，并將校正后的動(dòng)態(tài)時(shí)滯差值寫入啟 動(dòng)定時(shí)器。
或者， 一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟1)所述控 制信息制造系統(tǒng)接收用戶程序，構(gòu)建多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流和靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流， 并傳輸給所述可編程數(shù)據(jù)流控制器；2)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器將所述多 軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流和所述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)；3)每個(gè)進(jìn) 給伺服系統(tǒng)將所述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流寫入其內(nèi)部的啟動(dòng)定時(shí)器，按照啟動(dòng)定 時(shí)器設(shè)定的起始時(shí)刻執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)流，并在每個(gè)采樣周期的后期實(shí)時(shí)檢 測每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯并反饋給所述可編程數(shù)據(jù)流控制器；4)所述可 編程數(shù)據(jù)流控制器將每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯寫入動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，在計(jì) 算基準(zhǔn)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差時(shí)，從所述動(dòng) 態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫中取出其他控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N個(gè)(N〉1)動(dòng)態(tài)時(shí) 滯，并根據(jù)前N個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化對所述差值進(jìn)行校正，計(jì)算出動(dòng)態(tài)時(shí)滯 數(shù)據(jù)流，將所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，每個(gè)進(jìn)給伺服 系統(tǒng)將新的動(dòng)態(tài)時(shí)滯寫入其內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器，按照啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的新的 起始時(shí)刻執(zhí)行數(shù)據(jù)流直至所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流執(zhí)行完畢。
一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括控制信息制造系統(tǒng)、與控制 信息制造系統(tǒng)連接的可編程數(shù)據(jù)流控制器、與可編程數(shù)據(jù)流控制器連接的 進(jìn)給伺服系統(tǒng)，所述控制信息制造系統(tǒng)用于接收用戶程序，并離線生成 DCFS文件，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器用于接收所述DCFS文件，并將所述 DCFS文件中的多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)執(zhí)行，其特征在于所述控制信息制造系統(tǒng)設(shè)有存儲(chǔ)靜態(tài)時(shí)滯的結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫；所述可編程數(shù) 據(jù)流控制器設(shè)有動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器還設(shè)有寫入靜 態(tài)時(shí)滯或動(dòng)態(tài)時(shí)滯的啟動(dòng)定時(shí)器；所述可編程數(shù)據(jù)流控制器通過啟動(dòng)定時(shí) 器的寫入值控制發(fā)送多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的起始時(shí)刻。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比所具有的有益效果是-
1、 對于數(shù)字控制而言，時(shí)間控制本來是最簡單的。在現(xiàn)有數(shù)字控制系 統(tǒng)中，時(shí)滯補(bǔ)償卻不能使用最簡單的時(shí)間控制，導(dǎo)致這一悖論的原因是， 在現(xiàn)有數(shù)字控制系統(tǒng)中，時(shí)間被鎖定為系統(tǒng)時(shí)鐘。本發(fā)明采用時(shí)滯補(bǔ)償， 將多軸同步的自適應(yīng)控制轉(zhuǎn)化為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的終點(diǎn)同步控制。本發(fā)明將強(qiáng) 耦合的多軸運(yùn)動(dòng)的位置誤差解耦為軸的位置誤差與軸的控制信道的時(shí)滯誤 差。每個(gè)軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)處理軸的位置誤差。根據(jù)每個(gè)軸的控制信道的 時(shí)滯，可編程數(shù)據(jù)流控制器可實(shí)時(shí)修正啟動(dòng)定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)，進(jìn)行所謂 時(shí)滯補(bǔ)償?？删幊虜?shù)據(jù)流控制器實(shí)時(shí)檢測每個(gè)軸的控制信道的時(shí)滯，實(shí)時(shí) 校正發(fā)送每個(gè)數(shù)據(jù)流的起始時(shí)刻，解決多維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的狀態(tài)流的終點(diǎn)同 步問題，實(shí)現(xiàn)了多軸同步的自適應(yīng)控制。特別是，本發(fā)明在處理兩軸以上 的多軸同步問題時(shí)，避免了 "組合爆炸"，顯著簡化了速度規(guī)劃，是一種在 線計(jì)算簡單、強(qiáng)實(shí)時(shí)的、與系統(tǒng)模型無關(guān)的自適應(yīng)控制方法。
2、 本發(fā)明在可編程數(shù)據(jù)流控制器中設(shè)置一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，用于存 儲(chǔ)每個(gè)軸的控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯。根據(jù)每個(gè)軸的控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯 的前N個(gè)(N〉1)動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化狀況，可以預(yù)先估計(jì)當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化 并對時(shí)滯補(bǔ)償進(jìn)行校正，從而實(shí)現(xiàn)了時(shí)滯補(bǔ)償?shù)那梆伩刂啤?br> 3、 本發(fā)明不關(guān)注強(qiáng)擾動(dòng)、強(qiáng)耦合、多變量等復(fù)雜非線性因素所產(chǎn)生的 機(jī)理與過程，而是關(guān)注這些復(fù)雜非線性因素所產(chǎn)生的綜合效應(yīng)即動(dòng)態(tài)時(shí)滯。 本發(fā)明不必建立復(fù)雜的高度專業(yè)化的系統(tǒng)模型與控制算法，從而是一種開 放的自適應(yīng)控制方法。


圖1是本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的可編程數(shù)據(jù)流控制器的功能模塊圖3是本發(fā)明的自適應(yīng)控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法的體系結(jié)構(gòu)，包括控 制信息制造系統(tǒng)01、通過現(xiàn)場總線02與控制信息制造系統(tǒng)01連接的可編 程數(shù)據(jù)流控制器03、由開關(guān)系統(tǒng)07和送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)08構(gòu)成的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)06。進(jìn)給伺服系統(tǒng)08包括多組智能驅(qū)動(dòng)器及其驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)?？删幊?數(shù)據(jù)流控制器03通過通常的I/O接口 05與開關(guān)系統(tǒng)07連接，通過可編程 I/O接口 04與智能驅(qū)動(dòng)器連接。
所述控制信息制造系統(tǒng)Ol的硬件平臺(tái)為通常的PC機(jī)，軟件平臺(tái)為圖 形界面操作系統(tǒng)；所述控制信息制造系統(tǒng)還包括一個(gè)結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫；所 述結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)每個(gè)軸的靜態(tài)時(shí)滯。
所述編程數(shù)據(jù)流控制器03采用本申請人的在先專利申請《一種可重構(gòu) 1/0芯片》(中國專利申請?zhí)?200920129919.5,申請日2009年2月18日) 中提出的可重構(gòu)I/O芯片，將本申請人的在先專利申請《計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系 統(tǒng)數(shù)據(jù)流關(guān)聯(lián)控制方法與體系結(jié)構(gòu)》，(申請?zhí)?00710124304 .9)中的數(shù) 據(jù)流控制器改進(jìn)為可編程數(shù)據(jù)流控制器；并在可編程數(shù)據(jù)流控制器中構(gòu)建 了一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)每個(gè)控制信道在N個(gè)采樣周期中的動(dòng)態(tài)時(shí)滯， 其中，N>1。
圖2是本具體實(shí)施方式
中采用可重構(gòu)I/O芯片構(gòu)建的可編程數(shù)據(jù)流控 制器03的功能模塊圖。
可重構(gòu)I/O芯片通過DMA控制器9與隨機(jī)存儲(chǔ)器8連接，在微處理器7的控制下與隨機(jī)存儲(chǔ)器8交換數(shù)據(jù)。
可編程數(shù)據(jù)流控制器包括微程序控制器1、與微程序控制器1連接的數(shù)
據(jù)流緩存器3、與數(shù)據(jù)流緩存器3連接的數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器4、與微程序控制器 1和數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器4連接的功能寄存器2、與微程序控制器1和數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng) 器4連接的交叉開關(guān)5、與交叉開關(guān)5連接的I/0端口 6。
數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器4有4個(gè)，每個(gè)包括16個(gè)獨(dú)立的16位移位寄存器和一 個(gè)16位輸入/輸出鎖存器。數(shù)據(jù)流緩存器3為FIFO緩存器，相應(yīng)地劃分為 4個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)設(shè)置專用移位指令，構(gòu)成4個(gè)軟移位寄存器矩陣。在微控制 器的1的控制下數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器4從FIFO緩存器3中讀取數(shù)據(jù)流并通過交叉 開關(guān)5發(fā)送給I/O端口 6，或在微控制器的1的控制下數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器4從I/O 端口 6通過交叉開關(guān)接收數(shù)據(jù)。
功能寄存器2用于設(shè)定接口參數(shù)，包括以下寄存器由比特率寄存器、 比特?cái)?shù)寄存器、啟動(dòng)定時(shí)器和速度定時(shí)器構(gòu)成的移位操作控制器，循環(huán)寄 存器，收發(fā)寄存器，狀態(tài)寄存器，連接寄存器，編址寄存器。
各個(gè)功能寄存器2的功能如下
16個(gè)比特率寄存器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器在每次數(shù)據(jù)傳輸操作中的 比特率；
16個(gè)比特?cái)?shù)寄存器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器在每次數(shù)據(jù)傳輸操作中數(shù) 據(jù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，即數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器發(fā)送/接收的信息量，在脈沖方式下每次 操作發(fā)送/接收1比特信息，在增量方式下每次操作發(fā)送或接收若干字節(jié)的 信息；
16個(gè)啟動(dòng)定時(shí)器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器的數(shù)據(jù)傳輸操作的啟動(dòng)；
16個(gè)速度定時(shí)器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器的數(shù)據(jù)傳輸操作的速度;16個(gè)循環(huán)寄存器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器的數(shù)據(jù)流的循環(huán)發(fā)送的次數(shù);
1個(gè)收發(fā)寄存器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器的左移/右移，對應(yīng)數(shù)據(jù)流的 發(fā)送/接收；
1個(gè)狀態(tài)寄存器，設(shè)定相應(yīng)的移位寄存器的激活/休眠狀態(tài)；
1個(gè)連接寄存器，設(shè)定FIFO緩存器與數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器的連接；
1個(gè)編址寄存器，設(shè)定數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器的編址模式。
上述功能寄存器2、 FIFO緩存器3和數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器統(tǒng)一編址，所述數(shù) 據(jù)流驅(qū)動(dòng)器還可按列編址。
1個(gè)釆用FPGA構(gòu)建的交叉開關(guān)，設(shè)定數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器的輸入和輸出與 1/0端口的連接。
微程序控制器1采用FPGA技術(shù)且固化了相關(guān)的微控制程序，包括軟 移位寄存器矩陣的8條專用移位指令和功能寄存器的I/O接口參數(shù)設(shè)置指 令；所述微程序控制器運(yùn)行微控制程序。
如圖3所示， 一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法包括下述步驟。
(1) 用戶程序形成之后，控制信息制造系統(tǒng)根據(jù)用戶程序，離線完成 多軸多參數(shù)聯(lián)動(dòng)規(guī)劃，生成多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣。
這里以數(shù)控系統(tǒng)中常見的空間曲線為例說明。進(jìn)給速度曲線為F = h(x, y， z)，包括常量與加減速曲線?？刂菩畔⒅圃煜到y(tǒng)通過多軸多參數(shù)聯(lián)動(dòng)規(guī) 劃，將曲線離散為逼近折線i:Li，每條折線Li的終點(diǎn)坐標(biāo)記為(Xi,Yi，Zi); 將進(jìn)給速度F離散為(Fxi，F(xiàn)yi，F(xiàn)zi)。對于數(shù)字增量型的數(shù)據(jù)流，Xi、 Yi、 Zi為坐標(biāo)值增量，對于脈沖增量型的數(shù)據(jù)流，Xi、 Yi、 Zi為脈沖當(dāng)量。
(2) 控制信息制造系統(tǒng)進(jìn)行速度規(guī)劃，將進(jìn)給速度曲線F-h(x，y，z)離散為Txi = Xi / Fxi， Tyi = Yi / Fyi， Tzi = Zi / Fzi ，生成3軸3參數(shù)聯(lián)動(dòng) 的6維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣i: (Xi ,Yi ， Zi, Txi ， Tyi, Tzi)。
(3) 控制信息制造系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫中取出每個(gè)軸的靜態(tài)時(shí)滯 (假設(shè)X軸的靜態(tài)時(shí)滯最大，稱之為基準(zhǔn)軸)，計(jì)算Y軸的靜態(tài)時(shí)滯與X
軸的靜態(tài)時(shí)滯之差A(yù)y， Z軸的靜態(tài)時(shí)滯與X軸的靜態(tài)時(shí)滯之差A(yù)z，將X 軸的靜態(tài)時(shí)滯置0，將Y軸、Z軸的靜態(tài)時(shí)滯設(shè)為Ay、 Az，構(gòu)造靜態(tài)時(shí)滯 數(shù)據(jù)流，生成3軸6參數(shù)的9維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣Z (Xi ，Yi, Zi， Txi ， Tyi, Tzi， 0， Ay，厶z)并將其格式化；
(4) 控制信息制造系統(tǒng)生成I/O分配程序，將I/O分配程序編譯成 DCFS文件(數(shù)據(jù)控制流文件，Data Control Flow Interface Specification ， 簡稱DCFS文件)，并通過現(xiàn)場總線傳輸給可編程數(shù)據(jù)流控制器。DCFS文 件中包括由伺服型運(yùn)動(dòng)指令構(gòu)成的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流、由開關(guān)型運(yùn)動(dòng)指令構(gòu)成的
控制流、系統(tǒng)參數(shù)與i/o接口參數(shù)。
控制信息制造系統(tǒng)生成I/O分配程序，將I/O分配程序編譯成DCFS文 件，包括以下步驟
(4*1)生成系統(tǒng)參數(shù)表，將系統(tǒng)參數(shù)編輯為相應(yīng)的狀態(tài)指令；
(4 ，2)生成I/0接口參數(shù)，將I/0接口參數(shù)編輯為相應(yīng)的狀態(tài)指令；
(4 3)依照控制流，生成開關(guān)型運(yùn)動(dòng)指令；
(3*4)鏈接格式化9維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣E (Xi ,Yi, Zi， Txi, Tyi ， Tzi， 0， Ay， Az)，生成伺服型運(yùn)動(dòng)指令；
(4 5)生成DCFS文件。
(5) 可編程數(shù)據(jù)流控制器運(yùn)行DCFS文件中的I/O分配程序，執(zhí)行狀 態(tài)指令，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)和I/0接口參數(shù)，將Txi,Tyi,Tzi寫入X、 Y、 Z軸的
16速度定時(shí)器，將0， Ay， Az寫入X、 Y、 Z軸的啟動(dòng)定時(shí)器，將3維關(guān)聯(lián) 數(shù)據(jù)流E (Xi，Yi,Zi)寫入數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器。(6) 可編程數(shù)據(jù)流控制器將開關(guān)型運(yùn)動(dòng)指令實(shí)時(shí)分配發(fā)送給開關(guān)系 統(tǒng)，將伺服型運(yùn)動(dòng)指令實(shí)時(shí)分配發(fā)送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)。可編程數(shù)據(jù)流控制 器打開啟動(dòng)定時(shí)器，以啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的起始時(shí)刻、以速度定時(shí)器設(shè)定的 操作速度，通過接口電路，將3維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流i: (Xi, Yi, Zi，)發(fā)送給進(jìn)給 伺服系統(tǒng)。(7) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)指令。其中開關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)裝置的邏輯控制 并接收、執(zhí)行控制流控制，進(jìn)給伺服系統(tǒng)接收、執(zhí)行3維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流i:(Xi，Yi, Zi)，從而按方程F-h(x,y,z)進(jìn)行包括加減速在內(nèi)的速度控制，實(shí)現(xiàn)X、 Y、 Z聯(lián)動(dòng)。其中靜態(tài)時(shí)滯補(bǔ)償體現(xiàn)在步驟(5)、步驟(6)中，可編程數(shù)據(jù)流控制 器在步驟(5)中將0、 Ay、 Az寫入X、 Y、 Z軸的啟動(dòng)定時(shí)器。這樣在步 驟(6)中，可編程數(shù)據(jù)流控制器開啟啟動(dòng)定時(shí)器，以啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的起 始時(shí)刻、以速度定時(shí)器設(shè)定的操作速度發(fā)送3維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流E (Xi,Yi，Zi)， Yi和Zi的起始時(shí)刻將滯后Ay和Az ，從而實(shí)現(xiàn)X、 Y、 Z關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的靜 態(tài)終點(diǎn)同步。動(dòng)態(tài)時(shí)滯補(bǔ)償由可編程數(shù)據(jù)流控制器完成，采用下述步驟-(8) 在每個(gè)采樣周期的后期，進(jìn)給伺服系統(tǒng)計(jì)算動(dòng)態(tài)時(shí)滯并傳送給可 編程數(shù)據(jù)流控制器。可編程數(shù)據(jù)流控制器實(shí)時(shí)接收來自進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng) 態(tài)時(shí)滯。設(shè)厶t為時(shí)滯的允許偏差，如果每個(gè)軸的時(shí)滯的變化均小于厶t，則 視為正常無須時(shí)滯補(bǔ)償。如果時(shí)滯的變化異常，大于或等于At，假設(shè)X軸 控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯最大，則計(jì)算Y軸控制信道與X軸控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí) 滯之差A(yù)y、Z軸控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與X軸控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差A(yù)z ，并在步驟(5)中將O寫入X軸的啟動(dòng)定時(shí)器，將Ay、 Az寫入Y軸和Z 軸的啟動(dòng)定時(shí)器。這樣在步驟(6)中，可編程數(shù)據(jù)流控制器開啟啟動(dòng)定時(shí) 器，以啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的起始時(shí)刻、以速度定時(shí)器設(shè)定的操作速度發(fā)送3 維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流i: (Xi，Yi， Zi)， Yi和Zi的起始時(shí)刻將滯后Ay、 Az ，從而 實(shí)現(xiàn)X、 Y、 Z關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的動(dòng)態(tài)終點(diǎn)同步。為了實(shí)現(xiàn)前饋控制，可編程數(shù)據(jù)流控制器將接受到的每個(gè)控制信道的 動(dòng)態(tài)時(shí)滯存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫中；可編程數(shù)據(jù)流控制器在計(jì)算基準(zhǔn)控制 信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差時(shí)，從動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫中 取出其他控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯，根據(jù)當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯 的前N個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化狀況，預(yù)先估計(jì)當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化并對差值進(jìn) 行校正，并將校正后的動(dòng)態(tài)時(shí)滯差值寫入啟動(dòng)定時(shí)器。
具體實(shí)施方式
二如具體實(shí)施方式
一不同之處在于啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)置在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中， 從而具體實(shí)施方式
一中的步驟(5)到步驟(8)也有相應(yīng)調(diào)整可編程數(shù) 據(jù)流控制器直接將多軸數(shù)據(jù)流和靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流發(fā)送給相應(yīng)的各個(gè)進(jìn)給伺 服系統(tǒng)；而通過每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)將各自的靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)寫入其內(nèi)部的啟 動(dòng)定時(shí)器，并按照啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的起始時(shí)刻執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)流，并在每 個(gè)采樣周期的后期實(shí)時(shí)檢測每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯并反饋給可編程數(shù)據(jù) 流控制器；可編程數(shù)據(jù)流控制器將每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯寫入動(dòng)態(tài)時(shí)滯 數(shù)據(jù)庫，在計(jì)算每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與基準(zhǔn)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差 時(shí)，從動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫中取出每個(gè)控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N個(gè)(N〉 l)動(dòng)態(tài)時(shí)滯，并根據(jù)前N個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化對差值進(jìn)行校正，計(jì)算出動(dòng)態(tài) 時(shí)滯數(shù)據(jù)流，將動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，每個(gè)進(jìn)給伺服 系統(tǒng)將新的動(dòng)態(tài)時(shí)滯寫入其內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器，按照啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的新的 起始時(shí)刻執(zhí)行數(shù)據(jù)流直至多軸數(shù)據(jù)流執(zhí)行完畢。在上述具體實(shí)施方式
中，以數(shù)控設(shè)備為例，詳細(xì)說明了對關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流 實(shí)時(shí)進(jìn)行終點(diǎn)同步的自適應(yīng)控制方法與系統(tǒng)。本發(fā)明完全適用于一般的裝 有嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字處理設(shè)備。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換， 都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)控制信息制造系統(tǒng)接收用戶程序，構(gòu)建多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流和靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，并傳輸給可編程數(shù)據(jù)流控制器；2)可編程數(shù)據(jù)流控制器按照靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流設(shè)定的起始時(shí)刻將多軸數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)；3)進(jìn)給伺服系統(tǒng)接收并執(zhí)行多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流，將每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯反饋給可編程數(shù)據(jù)流控制器；4)可編程數(shù)據(jù)流控制器接收每個(gè)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯，構(gòu)建動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，并按照動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流設(shè)定的新的起始時(shí)刻將多軸數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)；并重復(fù)步驟3)直至多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
2. 如權(quán)利要求1所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，其 中的步驟O包括以下步驟1-1)所述控制信息制造系統(tǒng)接收用戶程序，構(gòu)建多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流； 1-2)所述控制信息制造系統(tǒng)進(jìn)行速度規(guī)劃，根據(jù)用戶程序中的速度方程和所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流計(jì)算出時(shí)間參數(shù)數(shù)據(jù)流，并加入到所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流中，形成多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣；1-3)所述控制信息制造系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫中取出每個(gè)軸的靜態(tài)時(shí) 滯，計(jì)算出靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，并加入到所述多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩 陣；1- 4)所述控制信息制造系統(tǒng)對所述多軸多參數(shù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流分布矩陣進(jìn) 行格式化，生成DCFS文件，并將所述DCFS文件傳輸給所述可編程數(shù)據(jù) 流控制器。
3. 如權(quán)利要求2所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，其 中的步驟2)包括以下步驟2- 1)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器接收所述DCFS文件后，將其中的所述 時(shí)間參數(shù)數(shù)據(jù)流寫入速度定時(shí)器，將其中的所述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流寫入啟動(dòng) 定時(shí)器，將所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流寫入數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)器；2-2)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器打開啟動(dòng)定時(shí)器，以啟動(dòng)定時(shí)器寫入的 起始時(shí)刻，以速度定時(shí)器寫入的操作速度，通過接口電路，將所述多軸關(guān) 聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所 述步驟3)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收并執(zhí)行所述多軸數(shù)據(jù)流后，在每個(gè)采樣周期的 后期，每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)計(jì)算該控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯值并反饋給所述可編 程數(shù)據(jù)流控制器。
5. 如權(quán)利要求4所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于所述 步驟4)包括以下步驟4-1)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器接收每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯，并計(jì)算 出動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，將所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流寫入啟動(dòng)定時(shí)器；4-2)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器打開啟動(dòng)定時(shí)器，以啟動(dòng)定時(shí)器寫入的 起始時(shí)刻，以速度定時(shí)器寫入的操作速度，通過接口電路，將所述多軸關(guān) 聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；4-3)重復(fù)步驟3)直至所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送完畢。
6. 如權(quán)利要求5所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于所 述步驟l-3)中，所述控制信息制造系統(tǒng)計(jì)算所述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流通過以下步驟實(shí)現(xiàn)以靜態(tài)時(shí)滯最大的軸為基準(zhǔn)，計(jì)算基準(zhǔn)軸的靜態(tài)時(shí)滯與其他軸的靜態(tài)時(shí)滯之差，將基準(zhǔn)軸的靜態(tài)時(shí)滯置0，其他軸的靜態(tài)時(shí)滯設(shè)為相應(yīng)的 差值。
7. 如權(quán)利要求5所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于步驟4-l)中，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器計(jì)算所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流通過以下步驟實(shí)現(xiàn)所述可編程數(shù)據(jù)流控制器接收每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯信息，以動(dòng)態(tài)時(shí)滯最大的控制信道為基準(zhǔn)，計(jì)算其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與基準(zhǔn)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差，差值小于At時(shí)無須時(shí)滯補(bǔ)償，差值大于或等于 At時(shí)，則將相應(yīng)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯記為該差值，同時(shí)將基準(zhǔn)軸的動(dòng)態(tài)時(shí)滯記為 0。
8. 如權(quán)利要求7所述的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征還在于， 所述可編程數(shù)據(jù)流控制器將每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù) 庫中；所述步驟4-l)中，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器在計(jì)算基準(zhǔn)控制信道的 動(dòng)態(tài)時(shí)滯與其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差時(shí)，從所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫中取 出其他控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N個(gè)(N〉l)動(dòng)態(tài)時(shí)滯，并根據(jù)前N個(gè) 動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化對差值進(jìn)行校正，并將校正后的動(dòng)態(tài)時(shí)滯差值寫入啟動(dòng)定 時(shí)器。
9. 一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟1) 所述控制信息制造系統(tǒng)接收用戶程序，構(gòu)建多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流和靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，并傳輸給所述可編程數(shù)據(jù)流控制器；2) 所述可編程數(shù)據(jù)流控制器將所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流和所述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)；3) 每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)將所述靜態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流寫入其內(nèi)部的啟動(dòng)定時(shí)器，按照啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的起始時(shí)刻執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)流，并在每個(gè)采樣周期的后期實(shí)時(shí)檢測每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯并反饋給所述可編程數(shù)據(jù)流控制器；4) 所述可編程數(shù)據(jù)流控制器將每個(gè)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯寫入動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，在計(jì)算基準(zhǔn)控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯與其他控制信道的動(dòng)態(tài)時(shí)滯之差時(shí)，從所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫中取出其他控制信道的當(dāng)前動(dòng)態(tài)時(shí)滯的前N個(gè)(N〉l)動(dòng)態(tài)時(shí)滯，并根據(jù)前N個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)滯的變化對所述差值進(jìn)行校正，計(jì)算出動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流，將所述動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)流發(fā)送給每個(gè)迸給伺服系統(tǒng)，每個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)將新的動(dòng)態(tài)時(shí)滯寫入其內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器，按照啟動(dòng)定時(shí)器設(shè)定的新的起始時(shí)刻執(zhí)行數(shù)據(jù)流直至所述多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流執(zhí)行完畢。
10. —種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括控制信息制造系統(tǒng)、與控制信息制造系統(tǒng)連接的可編程數(shù)據(jù)流控制器、與可編程數(shù)據(jù)流控制器連接的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，所述控制信息制造系統(tǒng)用于接收用戶程序，并離線生成DCFS文件，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器用于接收所述DCFS文件，并將所述DCFS文件中的多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流發(fā)送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)執(zhí)行，其特征在于所述控制信息制造系統(tǒng)設(shè)有存儲(chǔ)靜態(tài)時(shí)滯的結(jié)構(gòu)常數(shù)數(shù)據(jù)庫；所述可編程數(shù)據(jù)流控制器設(shè)有動(dòng)態(tài)時(shí)滯數(shù)據(jù)庫，所述可編程數(shù)據(jù)流控制器還設(shè)有寫入靜態(tài)時(shí)滯或動(dòng)態(tài)時(shí)滯的啟動(dòng)定時(shí)器；所述可編程數(shù)據(jù)流控制器通過啟動(dòng)定時(shí)器的寫入值控制發(fā)送多軸關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的起始時(shí)刻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)控制方法與系統(tǒng)。本發(fā)明將軸的位置誤差與軸的時(shí)滯誤差解耦分離，每個(gè)軸的進(jìn)給伺服系統(tǒng)處理該軸的位置誤差，采用時(shí)滯補(bǔ)償校正軸的時(shí)滯誤差，使關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流的狀態(tài)流同步到達(dá)終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多軸同步的自適應(yīng)控制。本發(fā)明不關(guān)注強(qiáng)擾動(dòng)、強(qiáng)耦合、多變量等復(fù)雜非線性因素所產(chǎn)生的機(jī)理與過程，而是關(guān)注這些復(fù)雜非線性因素所產(chǎn)生的綜合效應(yīng)即動(dòng)態(tài)時(shí)滯，所提出的自適應(yīng)控制方法是開放的。
文檔編號(hào)G05B19/18GK101650563SQ20091010915
公開日2010年2月17日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者江俊逢 申請人:江俊逢