基于對(duì)稱多處理器的開(kāi)放式并行數(shù)控系統(tǒng)研究.pdf

1、高速、高精、多軸插補(bǔ)、多通道是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，這對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用的單處理器核心的硬件架構(gòu)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而目前采用非對(duì)稱多處理器作為數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算核心的解決方案，雖然在一定程度上緩解了計(jì)算資源不足的情況，但仍具有任務(wù)劃分不合理、核間負(fù)載不均、軟件結(jié)構(gòu)執(zhí)行效率不高等問(wèn)題。為了解決這類問(wèn)題，進(jìn)一步提高數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率，緩解插補(bǔ)計(jì)算速度和精度之間的矛盾，本文采用對(duì)稱多處理器作為計(jì)算核心開(kāi)發(fā)了并行數(shù)控系統(tǒng)。
　　通過(guò)對(duì)開(kāi)源串行

2、軟件數(shù)控Grbl的執(zhí)行流程及數(shù)據(jù)流詳細(xì)的分析，提出了基于多級(jí)環(huán)形緩沖區(qū)的模塊解耦與數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，采用基于數(shù)據(jù)流的劃分方法，設(shè)計(jì)了開(kāi)放式并行產(chǎn)消系統(tǒng)框架，作為并行數(shù)控系統(tǒng)的基本軟件結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)并行模塊間的數(shù)據(jù)通信與同步，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)消的特點(diǎn)，提出了兩種緩沖平衡控制算法，其中基于插補(bǔ)細(xì)分?jǐn)?shù)的周期自動(dòng)調(diào)節(jié)算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工路徑長(zhǎng)度的前瞻和各個(gè)模塊執(zhí)行周期的實(shí)時(shí)調(diào)整；基于緩沖余量反饋的調(diào)度算法可以有效解決模塊間的數(shù)

3、據(jù)緩沖上下溢問(wèn)題，使各個(gè)功能模塊同步協(xié)調(diào)工作。然后根據(jù)所提出的并行框架，采用Pthread庫(kù)對(duì)串行數(shù)控系統(tǒng)Grbl進(jìn)行了多線程并行化處理，實(shí)現(xiàn)了線程級(jí)并行的數(shù)控系統(tǒng)。
　　通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)間通信方式的調(diào)研，以及對(duì)多種主流總線協(xié)議的對(duì)比分析，最終確定采用Ethernet Powerlink(EPL)開(kāi)源實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信協(xié)議構(gòu)建并行數(shù)控與伺服系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)對(duì)EPL不同實(shí)現(xiàn)方案的對(duì)比，最終采用應(yīng)用層與數(shù)據(jù)鏈路層分離的形式實(shí)現(xiàn)

4、了EPL協(xié)議，以達(dá)到最小的通信周期和周期抖動(dòng)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研情況選用了邁信公司EP3E系列數(shù)字總線伺服驅(qū)動(dòng)器，并采用openCONFIGURATOR配置工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)配置工作。采用Netlink通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)了用戶空間的數(shù)控系統(tǒng)與內(nèi)核空間的EPL應(yīng)用層的雙向通信，使數(shù)控系統(tǒng)的控制指令可以通過(guò)Netlink及EPL發(fā)送到各個(gè)伺服從站。
　　最后，針對(duì)所開(kāi)發(fā)的多線程并行、模塊化的數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)展了軟件系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)與加工驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)