基于运动控制卡的开放式数控系统研制

　　3.3 数控流程分析

　　限于篇幅各模块的实现没有一一列出，以下仅对主要数控程序流程及实现作大致说明。

　　3.3.1 系统配置模块

　　系统配置模块包括运动控制卡参数配置和机床参数配置，前者包括控制卡的伺服滤波、轴映射、编码器、限位、误差限等参数的设置，这些参数位于底层，直接决定了系统的性能。后者定义的是机床的结构参数、刀具参数和支持的数控指令集，包含了机床的全部特征，这部分参数主要影响了后续数控译码过程。用户通过界面对上述参数进行设置，形成配置文件card.ini和sys.ini保存于硬盘，当系统启动时自动加载。

图5 系统参数配置

图6 控制卡参数配置

　　3.3.2 译码模块

　　译码模块根据数控代码一般规则和机床特征将指令文本翻译成数控信息流，其中主要涉及到G代码M代码的分组处理、模态代码的处理、如何定制数控代码规则等问题，若考虑到后续刀补处理则还应给出上两段代码的坐标以解决进行C刀补时插补段增加的情况。因为数控程序不是定长的，所以要求用动态数组来存储CODEINFO结构，在这里使用了MFC的CArray类，它可以很方便地管理操作数组元素，定义如下：CArrayInfoArray;主模块可以根据数控文本译码结果动态地将CODEINFO结构加入到该数组中，如下所示：

　　CODEINFO m-temp;
　　Translate(CNCString，m-temp，ErrorInfo);//伪代码InfoArray.Add(m-temp)。

　　译码完成后将数组传人下一级处理模块。

　　3.3.3 主模块

　　主模块是整个系统的核心，该模块在系统启动阶段读取配置文件初始化运动控制卡，用机床信息填充CODEPERMIT结构。在执行状态下主模块调用译码、插补等模块功能形成数控信息流，最后转入运动函数调度循环，在这个循环中，主模块监视控制卡的指令缓冲区、坐标系状态寄存器、命令状态寄存器，根据缓冲区状况将数控信息流合成控制卡函数流不断地发往指令缓冲区并反馈命令执行情况、系统坐标等状态信号供人机界面实时显示。如果运行过程由于命令执行原因或操作者选择了停止则主模块进入停止状态。如果操作者选择了暂停，则模块记录当前缓冲区命令号等待恢复执行。当然，因为Windows是基于消息驱动的，所以系统各运行状态的转换及锁定都是通过消息进行的，并非如上所述的顺序执行。

4 影响该系统性能的主要因素

　　该运动控制卡采用了高速DSP处理器进行数据处理，正如前说述在完成数控轨迹规划、插补计算、位置控制、速度控制等方面不存在运算能力瓶颈。制约系统性能的主要有以下几个因素。

　　4.1 控制命令的连续性

　　应防止出现命令缓冲区空，控制卡对多段轨迹进行预处理是在命令缓冲区基础上进行的，缓冲区机制可以保证各段轨迹的速度、加速度不出现大幅的波动，提高加工质量。解决的关键在于有效监控缓冲区状况，合理进行运动指令调度。

　　4.2 伺服零漂现象

　　在使用系统的过程中发现，如果不使用运动控制卡提供的零漂消除功能，一般的误差有13～15个脉冲，如果脉冲当量是2000脉冲/mm，那么误差将达到6.5～7.5μm，加工精度得不到保证。通过在运行过程中对零漂值的定时检测及动态修改，可以做到无零漂。

　　4.3 系统PID参数的调整

　　PID控制算法比较成熟且应用广泛，但参数的调整需要丰富的实践经验，参数调整良好的系统动静态特性好，加工精度高，运行噪声低。在实际运用中，可通过测试程序测出系统较优的PID参数，再通过系统配置程序修改参数。在参数配置方面今后的一个发展方向是系统在线自动测试调整，这对系统运用于不同的机床和工况很实用，也是本系统有待完善的部分。

　图7 数控系统主界面

5 结束语

　　本文以固高GT400-SV运动控制卡为例构筑了一个上下位机形式的开放式数控平台，其对基于运动控制卡的开放式数控系统具有一定的通用性，系统采用功能强大的运动控制卡完成插补计算、位置控制、速度控制等实时任务，以PC机实现友好的人机界面、灵活的系统配置、增强的外部软件接口，采用基于COM的模块式软件结构，实践证明这种形式的系统具有较强的控制性能，实现了软硬件的开放性和模块的二进制复用，适合构建各种通用及专用数控系统，本系统的改型系统已应用于一印制板钻床。