快刀伺服控制系統的軟件架構技術方案

本發明專利技術公開了一種快刀伺服控制系統的軟件架構。從頂層到底層依次包括：人機界面層，用于接收和顯示用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息，并將參數信息發送至任務管理層；任務管理層，用于將參數信息發送至模型解析層，還用于與快刀伺服進行通訊以獲取快刀伺服的實時位置信息并發送至閉環控制層；模型解析層，用于以預定時間周期或預定頻率，根據任務管理層發送的參數信息和預先建立的數學模型計算當前需要執行的快刀伺服指令位置信息；以及閉環控制層，用于根據快刀伺服指令位置信息和快刀伺服的實時位置信息生成閉環控制指令，以對快刀伺服進行閉環控制。本發明專利技術提供的快刀伺服控制系統的軟件架構方便維護和升級。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及快刀伺服控制領域，尤其涉及一種快刀伺服控制系統的軟件架構。
技術介紹
具有表面微結構的零件在機械工程和光電產業中得到了越來越廣泛的應用。這些表面有微小拓撲結構,如微透鏡、微V溝、微金字塔等微陣列結構,面形精度達亞微米級,表面粗糙度達納米級,這些表面結構使元件表現出一些獨特的光學性能和其它物理性能。由于精度要求高,傳統加工方法的加工精度難以滿足需求,金剛石超精密車削是加工這類零件的有效方法。其中,一種最好的實現方法是快刀伺服。快刀伺服(FastToolServo)的核心是伺服控制的刀架及其控制系統。控制系統在實時采集主軸角度信號的基礎上，實時發出控制量，控制刀具實時微進給，從而實現刀具跟蹤工件面形的起伏變化。快刀伺服在加工前僅需對零件面形進行精確計算，生成能表征零件面形的數據文件。由于快刀伺服的運動頻響高、行程只有數毫米，因而，其適于加工面形突變或不連續、有限行程內的微小結構。快刀伺服車削的主要特點：將被加工的復雜形面分解為回轉形面和形面上的微結構，然后將兩者疊加。由X軸和Z軸進給實現回轉形面的軌跡運動，對車床主軸只進行位置檢測并不進行軌跡控制。借助安裝在Z軸但獨立于車床數控系統之外的冗余運動軸來驅動刀具，完成車削微結構形面所需的Z軸運動。這種加工方法具有高頻響、高剛度、高定位精度的特點。現有技術的快刀伺服控制系統不易升級和維護，針對該技術問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種方便維護和升級的快刀伺服控制系統的軟件架構。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種快刀伺服控制系統的軟件架構，該軟件架構從頂層到底層依次包括：人機界面層，用于接收和顯示用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息，并將參數信息發送至任務管理層；任務管理層，用于將參數信息發送至模型解析層，還用于與快刀伺服進行通訊以獲取快刀伺服的實時位置信息并發送至閉環控制層；模型解析層，用于以預定時間周期或預定頻率，根據任務管理層發送的參數信息和預先建立的數學模型計算當前需要執行的快刀伺服指令位置信息；以及閉環控制層，用于根據快刀伺服指令位置信息和快刀伺服的實時位置信息生成閉環控制指令，以對快刀伺服進行閉環控制，其中，任務管理層設置有應用接口，人機界面層與任務管理層之間通過應用接口相連，模型解析層與閉環控制層工作在同一實時操作系統中。進一步地，模型解析層包括：模型解析模塊，用于調用數學函數生成數學模型，并將參數信息輸入至數學模型進行計算，以得到理論快刀伺服指令位置信息；以及運動規劃模塊，用于根據快刀伺服的約束條件對理論快刀伺服指令位置信息進行優化，以得到快刀伺服指令位置信息和快刀伺服指令速度。進一步地，任務管理層還用于與快刀伺服進行通訊以獲取快刀伺服的執行狀態和執行參數，并將快刀伺服的執行狀態和執行參數發送至人機界面層；人機界面層還用于顯示快刀伺服的執行狀態和執行參數。進一步地，人機界面層還用于以圖形或動畫的形式，根據用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息顯示快刀伺服的模擬路徑或模擬快刀車削截面，根據快刀伺服的執行狀態和執行參數顯示快刀伺服的實際路徑或實際快刀車削截面。進一步地，任務管理層還用于根據快刀伺服的執行狀態和執行參數進行報警判斷處理。進一步地，任務管理層還用于根據報警判斷處理得到的結果對快刀伺服進行保證安全的控制操作。進一步地，任務管理層還用于將報警判斷處理后得到的報警信息發送至人機界面層，人機界面層還用于顯示報警信息、參數配置信息、系統錯誤恢復和診斷信息。進一步地，人機界面層還提供了參數配置接口、狀態查詢接口、編寫顯示接口和歷史查詢接口中至少一種；參數配置接口用于設置快刀的位置、速度、加速度和加加速度進行控制；狀態查詢接口用于查看快刀伺服的執行狀態；編寫顯示接口用于編輯顯示運行已做好的加工參數文件；歷史查詢接口用于查看歷史報警信息。進一步地，人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層的優先級逐漸升高。進一步地，預定頻率大于500HZ。本專利技術的快刀伺服的軟件架構，從頂層到底層依次包括人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層，且任務管理層提供了應用接口，方便外部應用通過應用接口添加到快刀伺服整體控制的軟件架構中實現軟件架構的升級，且分成四層，方便維護。同時，實現快刀伺服的閉環控制，控制精度高。附圖說明圖1為本申請提供的一種快刀伺服控制系統的軟件架構的框圖；圖2為本申請提供的一種快刀伺服控制系統的軟件架構中模型解析層的框圖。具體實施方式為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，在下面的具體實施方式中，將對本專利技術作進一步詳細的說明。如圖1所示，本申請提供了一種快刀伺服控制系統的軟件架構的實施例，在該實施例中，軟件架構從頂層到底層依次包括人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層，共四層結構。其中，人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層四層結構的優先級逐漸升高。人機界面層實現用戶與快刀伺服控制系統之間的交互，包括接收用戶輸入的信息和向用戶展示快刀伺服的運行信息；任務管理層主要負責通訊管理，用于管理快刀伺服和人機界面層的通訊，并且進行不斷更新，設置有應用接口，該應用接口可與外部應用進行通訊，人機界面層與任務管理層也通過該應用接口進行通訊；模型解析層進行快刀位置的計算，閉環控制層實現快刀位置的控制。具體地，各層功能分別說明如下。人機界面層用于接收、顯示、存儲和管理用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息，并將參數信息通過應用接口發送至任務管理層，該人機界面層可以通過觸摸顯示板接收和顯示參數信息，也可以通過無線通信接收模塊進行參數信息的接收，通過顯示面板進行參數信息的顯示。其中，參數信息包括在使用公式表達或描述的空間曲面時所采用的參數信息，如曲率等。任務管理層一方面與人機界面層通過應用接口進行通信，可得到人機界面層接收到的參數信息，并將參數信息發送至模型解析層；另一方面與快刀伺服進行通訊，以獲取快刀伺服的實時位置信息，并將實時位置信息發送至閉環控制層，在信息接收和發送的過程中，任務管理層進行數據傳遞解析等非實時任務。模型解析層運行在實時操作系統上，用于以預定時間周期或預定頻率，根據任務管理層發送的參數信息和預先建立的數學模型計算當前需要執行的快刀伺服指令位置信息。例如，以預定頻率大于500HZ進行快刀伺服指令位置信息的計算，能夠快速、準確、及時的計算當前快刀的所需要實行的位置、速度等信息。閉環控制層與模型解析層運行在同一實時操作系統上，用于對比快刀伺服指令位置信息和快刀伺服的實時位置信息，從兩信息之間得到快刀伺服的位置差，進而由位置差生成閉環控制指令，以對快刀伺服進行閉環控制。采用該實施例提供的快刀伺服的軟件架構，從頂層到底層依次包括人機界面層、任務管理層、模型解析層和閉環控制層，且任務管理層提供了應用接口，方便外部應用通過應用接口添加到快刀伺服整體控制的軟件架構中實現軟件架構的升級，且分成四層，方便維護。同時，實現快刀伺服的閉環控制，控制精度高。在一種優選實施例中，如圖2所示，模型解析層包括模型解析模塊和運動規劃模塊。其中，模型解析模塊用于調用各種數學函數生成數學模型，并將參數信息輸入至數學模型進行計算，通過計算能夠得到理論快刀伺服指令位置信息。運動規劃模塊用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快刀伺服控制系統的軟件架構，其特征在于，從頂層到底層依次包括：人機界面層，用于接收和顯示用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息，并將所述參數信息發送至任務管理層；所述任務管理層，用于將所述參數信息發送至模型解析層，還用于與所述快刀伺服進行通訊以獲取所述快刀伺服的實時位置信息并發送至閉環控制層；所述模型解析層，用于以預定時間周期或預定頻率，根據所述任務管理層發送的參數信息和預先建立的數學模型計算當前需要執行的快刀伺服指令位置信息；以及所述閉環控制層，用于根據所述快刀伺服指令位置信息和所述快刀伺服的實時位置信息生成閉環控制指令，以對所述快刀伺服進行閉環控制，其中，所述任務管理層設置有應用接口，所述人機界面層與所述任務管理層之間通過所述應用接口相連，所述模型解析層與所述閉環控制層工作在同一實時操作系統中。

【技術特征摘要】
1.一種快刀伺服控制系統的軟件架構，其特征在于，從頂層到底層依次包括：人機界面層，用于接收和顯示用戶輸入的快刀伺服的加工程序中所需的參數信息，并將所述參數信息發送至任務管理層；所述任務管理層，用于將所述參數信息發送至模型解析層，還用于與所述快刀伺服進行通訊以獲取所述快刀伺服的實時位置信息并發送至閉環控制層；所述模型解析層，用于以預定時間周期或預定頻率，根據所述任務管理層發送的參數信息和預先建立的數學模型計算當前需要執行的快刀伺服指令位置信息；以及所述閉環控制層，用于根據所述快刀伺服指令位置信息和所述快刀伺服的實時位置信息生成閉環控制指令，以對所述快刀伺服進行閉環控制，其中，所述任務管理層設置有應用接口，所述人機界面層與所述任務管理層之間通過所述應用接口相連，所述模型解析層與所述閉環控制層工作在同一實時操作系統中。2.根據權利要求1所述的快刀伺服控制系統的軟件架構，其特征在于，所述模型解析層包括：模型解析模塊，用于調用數學函數生成數學模型，并將所述參數信息輸入至所述數學模型進行計算，以得到理論快刀伺服指令位置信息；以及運動規劃模塊，用于根據所述快刀伺服的約束條件對所述理論快刀伺服指令位置信息進行優化，以得到所述快刀伺服指令位置信息和快刀伺服指令速度。3.根據權利要求1所述的快刀伺服控制系統的軟件架構，其特征在于，所述任務管理層還用于與所述快刀伺服進行通訊以獲取所述快刀伺服的執行狀態和執行參數，并將所述快刀伺服的執行狀態和執行參數發送至人機界面層；所述人機界面層還用于顯示所述快刀伺服的執行狀態和執行參數。4.根據權利要求3所述的快...

【專利技術屬性】
技術研發人員：榮德志，趙利，王國海，李金明，
申請(專利權)人：北京海普瑞森科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11