深圳市软赢科技有限公司
软件运动控制
软件运动控制
软件运动控制
SoftServo的“软件运动控制”使用软件替代硬件控制器,起源于美国麻省理工学院的“下一代开放式数控系统”项目,并获得了美国专利(US6826434)。



概述

SoftServo利用软件实现所有的运动控制功能,不需要任何运动控制卡或者专用芯片,所有运算都在通用计算机的CPU上完成,充分发挥目前CPU的超高速、超精确(双精度浮点运算)的运算能力。随着CPU的速度和性能的提高,软件运动控制系统的速度和性能也随之提高。


软件运动控制的算法运行在硬实时软件RTX上。RTX底层可将微软Windows改造成实时操作系统。RTX直接对硬件进行管理,因此不需要DSP等硬件芯片也能保证微秒级的硬实时。这个多任务/多线程实时软件架构使得对实时性要求苛刻的伺服运动控制程序也可以在单一的CPU上运行。SoftServo软件运动控制系统中已经包含有配置好的RTX实时子系统。


CPU可以同时完成所有实时伺服和其它控制任务,包括闭环控制、加减速、多轴联动、PLCG代码执行、NC路径生成,并提供图形化用户界面、程序的编译/加载、文件管理、数据处理、网络通信。多轴高速伺服环路在单个CPU内部进行闭环,可获得高速高精度的运动控制。因此,客户不用受制于硬件系统对轴数的限制,不用付出昂贵的硬件扩展成本,只用更改软件,就可以实现多达64轴的实时运动控制。



软件架构

在单个通用CPU的硬件上,系统软件架构由三层构成。


1.下层为运动控制的实时层,通过实时子系统的扩展,使得通用的操作系统有了硬实时的能力。实时层直接同CPU通讯,被CPU赋予最高级别的独占的中断优先级。这一层由3个实时模块组成:运动控制内核、PLC内核、解释器内核。运动控制内核是实时层的核心,它负责对所有的任务进行调度,对其它内核提供接口,负责完成与上层的用户数据和命令交换、与解释器内核完成运动数据的缓存处理和执行、与PLC内核完成PLC 输入输出数据的交换、与总线主站完成总线通讯的建立和中止以及伺服和输入输出数据的交换。


2.中间层为实时动态链接库层,它为实时层和通用操作系统下的用户应用提供接口,将用户数据和指令传输到实时层进行处理,并将结果反馈给用户应用层。这些数据、反馈和指令包括设备控制、系统初始化、参数设置、数控系统控制指令、手动操作指令、自动操作指令、测试和采样数据、输入输出指令、PLC指令、数控和伺服状态监测等。


3.上层为操作系统层。用户数据和应用在操作系统层运行,通过高级语言对运动控制和逻辑函数库和第三方函数库的调用,用户可以开发出各种控制系统应用。





操作系统

SoftServo的运动控制软件(包含实时内核)可以运行在微软公司的Windows XP和Windows 7上(32位/64位)。无论是操作还是开发,Windows系统都给于了开发者和用户最短的适应和开发周期,提供了最友好的操作界面和最大的扩展性。



实时子系统

众所周知,Windows是非实时的操作系统,无法直接用来进行严苛的运动控制。通过RTX,可以将 Windows 转变成实时操作系统 (RTOS)。


通过在操作系统上添加实时的,先占式的多任务机制,RTX使得Windows可以实现实时的开发和处理高性能、硬实时特性的关键任务。计时精度可达1微秒。中断延迟(IST latencies)小于10微秒。因此,同一台电脑上,操作系统可以同时进行实时和非实时的任务处理,并且Windows进程无法干涉实时进程的运行。



运动控制内核

运动控制内核是整个软件架构的基础与核心。位置环和速度反馈环可以在运动控制内核中进行闭环控制(根据控制模式和伺服控制周期的不同)。

  • 运动控制内核完成实时运动控制闭环算法、路径规划、插补、加减速曲线、补偿、平滑等功能。

  • 运动控制内核从高层的用户应用中接收指令,并通过总线将命令传送给伺服和IO设备。

  • 此内核适用于数控系统S140M、通用运动控制系统WMX2和机器人控制系统RMX。

软PLC内核

软PLC内核与运动控制内核无缝集成,协作执行PLC顺序程序。

  • 与Fanuc PLC指令和梯形图逻辑兼容。

  • 提供确定性的,实时的性能保证,扫描周期1-5ms。

  • 可检测运动状态和发送运动指令(PLC轴功能)。

  • 此内核适用于数控系统S140M。

运动解释器内核

  • 每秒1000程序段高速处理。

  • 包含运动指令的环状高速缓存。

  • 支持可选择程序段跳跃、单步执行、选择停止(适用于数控系统S140M)。

  • 支持子程序和宏程序调用(适用于数控系统S140M)。

  • 支持机械坐标、工件坐标、相对坐标(适用于数控系统S140M)。

  • 支持机器人语言(机器人控制系统RMX)。





优势

1.创新性和经济性

  • 无需昂贵的专用处理芯片,软件运动控制可以轻松实现复杂的各种算法与通讯。

  • 无需任何运动控制板卡,软件运动控制可在内核中进行多轴的高性能的闭环算法。

  • 最小化的通用硬件可以带来显而易见的经济性,以及简易的接口和线缆,大大减少故障率。

  • 安装和集成十分的简便快捷,加速产品上市时间。

2.强大的性能

  • 充分发挥目前通用CPU的超高速、超精确(双精度浮点运算)的运算能力。

  • 随着CPU的速度和性能的提高,软件运动控制运算速度和性能也随之提高。(摩尔定律:电脑CPU运算能力每18个月提升一倍。)

  • 运动控制内核完成实时运动控制闭环算法、前馈、路径规划、插补、加减速曲线、补偿、平滑等功能。

  • 运动控制内核和软PLC内核无缝集成,协作控制。

  • 支持多种运动控制模式和众多可选功能。

3.定制化和可扩展

  • 提供开放式的平台和开发环境,用户可以实现独特的产品理念,用自身的技术经验构建最好的运动控制产品。

  • 用户可轻松集成第三方的应用到统一的运动控制平台上,如视觉系统、数据库、网络应用等。

4.简单快速的系统集成

  • 因为最小化的硬件,布线和连接十分简易。

  • 提供设置和测试软件。

  • 完善的技术文档和国际性的技术支持。

  • 提供各种应用的示例程序。

5.灵活的硬件组合

  • 灵活配置轴数目和IO点数。

  • 灵活选用各种EtherCAT总线伺服和IO模块。

  • 可选用各种通用脉冲型伺服、步进伺服。

  • 可选用EtherCAT总线主轴驱动器或模拟量变频器。

  • 可控制各种直线电机和DD马达。

  • 可选用各种通用的显示器、键盘鼠标或PC用触摸屏,也可选用CNC专用操作面板和显示器、键盘。

上一个