阅读说明：本技术 一种运动控制系统 (Motion control system ) 是由 孟祥群 杨楚 方万 郁苗成 韩斐 于 2019-03-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种运动控制系统,所述系统包括：NML通信层,用于接收人机交互系统发送的控制命令；任务控制模块,用于接收NML通信层发送的控制命令和状态反馈给NML通信,控制命令包括IO命令和运动命令,IO命令为控制机床加工的逻辑工艺指令；运动命令为控制机床进行轴运动的命令；IO控制模块,用于接收任务控制模块发送的IO命令；运动控制模块,用于接收任务控制模块发送的运动命令,根据运动命令规划伺服电机的运动轨迹；硬件层,用于接收运动控制模块发送的伺服电机轨迹指令和IO控制模块的逻辑工艺命令。本发明通过分层结构和模块化设计方式,提高了系统的稳定性和扩展性。(The invention discloses a motion control system, comprising: the NML communication layer is used for receiving a control command sent by the man-machine interaction system; the task control module is used for receiving a control command and a state feedback sent by the NML communication layer to the NML communication, wherein the control command comprises an IO command and a motion command, and the IO command is a logic process instruction for controlling the machining of the machine tool; the motion command is a command for controlling the machine tool to move the shaft; the IO control module is used for receiving an IO command sent by the task control module; the motion control module is used for receiving the motion command sent by the task control module and planning the motion track of the servo motor according to the motion command; and the hardware layer is used for receiving the servo motor track instruction sent by the motion control module and the logic process command of the IO control module. The invention improves the stability and expansibility of the system through a layered structure and a modular design mode.)

一种运动控制系统

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，特别是涉及一种运动控制系统。

背景技术

传统的运动控制系统多采用PCI板卡、PCIE板卡、或并口方式的运动控制器+PC或嵌入式的人机交互系统组成，成本较高，而且大多数的工业现场环境恶劣，震动、粉尘、油污严重，长期工作经常会出现松动、接触不良的问题，可靠性不高，使用不灵活；另外，传统的PCI或PCIE接口、并口接口由于PC 迭代的影响，技术更新太频繁，不能满足工业使用中10年以上提供稳定产品的可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动控制系统，通过分层结构和模块化设计方式，提高了系统的稳定性和扩展性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种运动控制系统，所述系统包括：

NML(Neutral Message Language中性消息语言)通信层、任务控制模块、 IO控制模块、运动控制模块和硬件层；

所述NML通信层，用于接收人机交互系统发送的控制命令，接收所述任务控制模块发送的反馈状态信息，并将所述反馈状态信息发送到所述人机交互系统；

所述任务控制模块，用于接收所述NML通信层发送的控制命令，所述控制命令包括IO命令和运动命令，所述IO命令为控制机床加工的逻辑工艺指令；所述运动命令为控制机床进行轴运动的命令；所述任务控制模块发送的所述反馈状态信息为机床运行的状态、机床运行的数据和机床的传感器状态；

所述IO控制模块，用于接收所述任务控制模块发送的所述IO命令并解释执行；

所述运动控制模块，用于接收所述任务控制模块发送的所述运动命令，根据所述运动命令规划伺服电机的运动轨迹；

所述硬件层，用于接收所述运动控制模块发送的伺服电机轨迹指令，并将所述伺服电机轨迹指令发送到伺服电机；接收所述伺服电机发送的位置反馈数据和状态信息；接收所述IO控制模块的所述逻辑工艺命令，并将所述逻辑工艺命令发送给所述机床和所述伺服电机。

可选的，所述NML通信层的物理通信接口为RJ45接口。

可选的，所述NML通信层与所述人机交互系统的通信方式包括网络通信方式和共享内存的通信方式，所述共享内存的通信方式为所述人机交互系统和所述运动控制系统共用内存和中央处理器。

可选的，若所述控制命令为运动命令，则所述任务控制模块先将所述运动命令解析成机床操作命令。

可选的，所述硬件层的输入接口针对不同平台的硬件封装成统一的操作接口。

可选的，所述规划后的伺服电机的运动轨迹发送到插补器进行插补，将插补后的所述运动轨迹通过所述硬件层发送到所述伺服电机。

可选的，所述运动控制模块采用PID控制器(Proportion IntegrationDifferentiation.比例-积分-微分控制器)对所述运动轨迹进行反馈调节。

可选的，所述人机交互系统包括显示器和键盘。

根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：本发明公开的运动控制系统通过分层和模块化设计优化系统软件代码，使系统应用更灵活更稳定；NML通信层既可以配置成网络通信方式，也可以配置成共享内存的通信方式，使得本发明运动控制系统应用非常灵活，既可与人机交互系统集为一体，又可以通过网络通信的方式独立使用，并且网络通信具有稳定性高、传输距离远、可以灵活扩展等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种运动控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例任务控制模块处理流程示意图；

图3为本发明实施例运动控制模块处理流程示意图；

图4为本发明实施例一种运动控制系统连接硬件结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种运动控制系统，通过分层结构和模块化设计方式，提高了系统的稳定性和扩展性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种运动控制系统结构示意图，如图1所示，一种运动控制系统包括：

NML通信层102、任务控制模块103、IO控制模块104、运动控制模块 105和硬件层106；

NML通信层102，用于接收人机交互系统101发送的控制命令，接收任务控制模块103发送的反馈状态信息，并将反馈状态信息发送到人机交互系统 101；

其中，NML是RCS(Real-Time Control System)库中提供分布式控制系统之间的通信机制的组件，RCS是由美国NIST(国家标准和技术研究院)开发的、支持实时系统的软件包集合，库中提供了NML通信支持；

运动控制系统将运动运行状态通过NML通信层102反馈给人机交互系统 101；

任务控制模块103，用于接收NML通信层102发送的控制命令，控制命令包括IO命令和运动命令，IO命令为控制机床加工的逻辑工艺指令；运动命令为控制机床进行轴运动的命令；任务控制模块103发送的反馈状态信息为机床107运行的状态、机床107运行的数据和机床107中传感器状态；

其中，机床107运行的状态包括手动Jog运行、轨迹运行Motion、暂停状态和报警状态；机床107运行的数据包括：机床107运行时各轴的速度、加速度、期望位置和实际位置和伺服状态；

传感器有机床限位开关传感器、急停开关传感器和气体压力传感器；机床限位开关传感器和急停开关传感器用于机床发生紧急情况时的制动，气体压力传感器，用于机床气路流量控制。

IO控制模块104，用于接收任务控制模块103发送的IO命令并解释执行；

运动控制模块105，用于接收任务控制模块103发送的运动命令，根据运动命令规划伺服电机的运动轨迹；

硬件层106，用于接收运动控制模块105发送的伺服电机轨迹指令，并将伺服电机轨迹指令发送到伺服电机；接收伺服电机发送的位置反馈数据和状态信息，对伺服电机进行闭环控制；接收IO控制模块104的逻辑工艺命令，并将逻辑工艺命令发送给机床107和伺服电机，机床107和伺服电机根据接收的逻辑工艺命令进行命令的执行。

其中，位置反馈数据是指伺服电机的编码器位置，伺服电机的编码器位置和运动插补中的规划位置做差值，然后使用PID控制伺服电机进行闭环控制。

接收伺服电机发送的状态信息是指伺服电机发生报警，当伺服电机发生报警时，运动控制模块105要及时发现并停止运行。

NML通信层102的物理通信接口为RJ45接口。

NML通信层102与人机交互系统101的通信方式包括网络通信方式和共享内存的通信方式，共享内存的通信方式为人机交互系统101和运动控制系统共用内存和中央处理器；网络通信方式和共享内存的通信方式使本发明运动控制系统应用灵活，既可与人机交互系统集为一体，又可以通过网络通信的方式独立使用，并且网络通信具有稳定性高、传输距离远、可以灵活扩展等优点。

若控制命令为运动命令，则任务控制模块103先将运动命令解析成机床操作命令；具体流程如图2所示，如果控制命令是运动命令，则先将标准的G 代码运动命令解析成本发明运控控制系统定义的标准机床操作命令，然后将该操作命令放到命令队列中，再通过任务控制模块的接口发送给运动控制模块执行。另外，任务控制模块103除解析命令外，还能检测和诊断加工过程中的错误、读取运动控制控制模块105和IO控制模块104的状态并反馈给人机交互系统101。

硬件层106的输入接口针对不同平台的硬件封装成统一的操作接口，使硬件层106相对独立，从而使整个运动控制系统实现跨平台的应用。

规划后的伺服电机的运动轨迹发送到插补器进行插补，将插补后的运动轨迹通过硬件层106发送到伺服电机。运动控制模块105采用PID控制器对运动轨迹进行反馈调节。如图3所示，运动控制模块105接收到运动控制命令后，先进行轨迹规划，然后将规划的轨迹交给插补器去插补输出，插补器的输出再通过PID控制器控制反馈精确控制伺服电机运动的位置。

人机交互系统101包括显示器和键盘。

图4是一种运动控制系统连接硬件结构的结构示意图，如图4所示，整个硬件采用ARM+FPGA的方案，其中ARM用于运行运动控制系统的代码，当作为一体式的运动控制系统时，即运动控制系统采用共享内存的通讯方式时， ARM处理器同时也运行人机交互系统的代码；FPGA用于控制普通的IO口及通用的伺服驱动器。另外，作为多总线的运动控制系统，ARM处理器上扩展了以太网总线、CAN总线及EtherCAT总线，通过以太网总线，运动控制系统可以连接远程监控设备或者人机交互系统；通过CAN总线，运动控制系统可以连接扩展的IO板卡，从而扩展IO口的数量，满足不同的工业应用需求，简化系统接线；通过EtherCAT总线，用户可以连接EtherCAT接口的伺服驱动器，从而扩展连接的伺服驱动器的个数。当作为一体式的运动控制系统时，该控制系统还配备有HDMI接口及USB接口，用于连接显示器、键盘、鼠标等人机交互系统的输入输出设备。

本发明公开的运动控制系统通过分层和模块化设计优化系统软件代码，使系统应用更灵活更稳定；NML通信层既可以配置成网络通信方式，也可以配置成共享内存的通信方式，使得本发明运动控制系统应用非常灵活，既可与人机交互系统集为一体，又可以通过网络通信的方式独立使用，并且网络通信具有稳定性高、传输距离远、可以灵活扩展等优点。另外，本发明基于网络通信的方式，能够实现灵活组网。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。