基于對稱多處理器的開放式并行數控系統(tǒng)研究.pdf

1、高速、高精、多軸插補、多通道是數控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，這對傳統(tǒng)數控系統(tǒng)采用的單處理器核心的硬件架構提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。而目前采用非對稱多處理器作為數控系統(tǒng)計算核心的解決方案，雖然在一定程度上緩解了計算資源不足的情況，但仍具有任務劃分不合理、核間負載不均、軟件結構執(zhí)行效率不高等問題。為了解決這類問題，進一步提高數控系統(tǒng)的數據處理效率，緩解插補計算速度和精度之間的矛盾，本文采用對稱多處理器作為計算核心開發(fā)了并行數控系統(tǒng)。
　　通過對開源串行

2、軟件數控Grbl的執(zhí)行流程及數據流詳細的分析，提出了基于多級環(huán)形緩沖區(qū)的模塊解耦與數據傳遞機制。在此基礎上，采用基于數據流的劃分方法，設計了開放式并行產消系統(tǒng)框架，作為并行數控系統(tǒng)的基本軟件結構。同時，為了實現各個并行模塊間的數據通信與同步，結合數控系統(tǒng)數據產消的特點，提出了兩種緩沖平衡控制算法，其中基于插補細分數的周期自動調節(jié)算法可以實現對加工路徑長度的前瞻和各個模塊執(zhí)行周期的實時調整；基于緩沖余量反饋的調度算法可以有效解決模塊間的數

3、據緩沖上下溢問題，使各個功能模塊同步協(xié)調工作。然后根據所提出的并行框架，采用Pthread庫對串行數控系統(tǒng)Grbl進行了多線程并行化處理，實現了線程級并行的數控系統(tǒng)。
　　通過對數控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)間通信方式的調研，以及對多種主流總線協(xié)議的對比分析，最終確定采用Ethernet Powerlink(EPL)開源實時以太網通信協(xié)議構建并行數控與伺服系統(tǒng)的通信網絡。通過對EPL不同實現方案的對比，最終采用應用層與數據鏈路層分離的形式實現

4、了EPL協(xié)議，以達到最小的通信周期和周期抖動。根據市場調研情況選用了邁信公司EP3E系列數字總線伺服驅動器，并采用openCONFIGURATOR配置工具實現了對整個通信網絡的參數配置工作。采用Netlink通信機制實現了用戶空間的數控系統(tǒng)與內核空間的EPL應用層的雙向通信，使數控系統(tǒng)的控制指令可以通過Netlink及EPL發(fā)送到各個伺服從站。
　　最后，針對所開發(fā)的多線程并行、模塊化的數控系統(tǒng)開展了軟件系統(tǒng)測試實驗與加工驗證實驗