CN103676900B - 一种可重构的开放式运动控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可重构的开放式运动控制***架构设计，至少包括应用管理框架层、功能模块框架层、子功能模块层和硬件接口驱动层；功能模块框架层由多个功能模块框架组成，每个功能模块框架在子功能模块层中都有一个由多个子功能模块组成的子功能模块族与其相对应；功能模块框架间及子功能模块间均相互独立、非直接耦合，功能模块框架和子功能模块都可根据控制需求进行增加、裁剪、修改和调度；通过应用管理框架层对功能模块框架调度以及功能模块框架对子功能模块调度，实现开放式运动控制***的重构。本发明的有益效果是：该架构设计可应用于自动化、过程控制和先进制造等领域中，具有很好的开放性和可重构性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化、过程控制和先进制造领域，尤其涉及一种可重构的开放式运动控制***架构设计。
背景技术
运动控制广泛应用于数控机床、机器人、纺织机械、食品机械、印刷机械、轻工造纸机械、橡塑机械、包装机械、自动化装配机械、木工机械、材料加工机械、激光加工机械、半导体制造机械、医疗设备、航空宇宙、国防现代化等行业中，而运动控制***是完成运动控制的核心部件。
运动控制***经历了以单片机或微处理器、专用芯片ASIC为核心处理器的封闭式体系结构运动控制***，发展到以DSP+FPGA双核处理器的开放式体系结构运动控制***。对于封闭式体系结构运动控制***，设计者、集成者和最终用户很难根据自己的控制需求对***进行修改、拓展和重构功能；对于开放式体系结构运动控制***，其结构复杂，开放程度低，互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性等都较差，而且通常要求用户必须使用运动控制器所提供的标准功能才能进行运动控制***的设计和二次开发，这使得运动控制***特别是运动控制器的扩充和修改极为有限，造成用户对供应商的依赖，并难以将自己的专业技术、控制算法等集成于运动控制***内，完成对运动控制***的重构。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种可重构的开放式运动控制***，采用层次化、模块化的设计方法设计，进而解决现有运动控制***开放程度低，互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性等都较差的问题，便于实现运动控制***功能的扩充和修改，使其能根据不同控制需求来快速重构开放式的运动控制***架构，以满足多样化、个性化的控制需求。
为实现上述目标，本发明所采用的技术方案如下：
一种可重构的开放式运动控制***，至少包括应用管理框架层1、功能模块框架层2、子功能模块层3和硬件接口驱动层4：
所述应用管理框架层1至少包括应用管理框架1-1；所述应用管理框架1-1至少包括***任务调度1-1-1和管理框架数据信息接口1-1-2；
所述功能模块框架层2包括多个功能模块框架，其中第M个功能模块框架(2-M)至少包括模块重构器(2-M-1)和模块数据信息接口(2-M-2)，其中M为正整数；
所述子功能模块层3包括多个子功能模块族，每个子功能模块族至少包括Ni个子功能模块，其中Ni为自然数，其下标数字i与子功能模块族序号M一一对应；所述子功能模块族序号M与功能模块框架序号M一一对应，子功能模块层3中的第M个子功能模块族(3-M)与功能模块框架层2中的第M个功能模块框架(2-M)相对应；
所述硬件接口驱动层4包括应用管理框架硬件接口驱动4-1和功能模块框架硬件接口驱动4-2。
所述的***任务调度1-1-1与功能模块框架层2、应用管理框架硬件接口驱动4-1和管理框架数据信息接口1-1-2分别相连；所述管理框架数据信息接口1-1-2与功能模块框架层2和应用管理框架硬件接口驱动4-1分别相连；所述应用管理框架1-1通过***任务调度1-1-1完成功能模块框架层2中各功能模块框架和应用管理框架硬件接口驱动4-1的调度与数据信息管理；所述应用管理框架1-1通过管理框架数据信息接口1-1-2完成各功能模块框架间以及应用管理框架1-1与应用管理框架硬件接口驱动4-1的数据交互。
所述功能模块框架层2中的第M个功能模块框架(2-M)的模块重构器(2-M-1)分别与模块数据信息接口(2-M-2)、子功能模块层3中的第M个子功能模块族(3-M)和硬件接口驱动层4中的功能模块框架硬件接口驱动4-2相连；所述模块数据信息接口(2-M-2)与子功能模块族(3-M)和功能模块框架硬件接口驱动4-2分别相连；所述第M个功能模块框架(2-M)通过模块重构器(2-M-1)完成子功能模块族(3-M)中各子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度与数据信息管理；所述第M个功能模块框架(2-M)通过模块数据信息接口(2-M-2)完成各子功能模块间及子功能模块与功能模块框架硬件接口驱动4-2的数据交互。
所述功能模块框架层2中的每个功能模块框架完成单独的模块功能，功能模块框架之间相互独立，非直接耦合。
所述子功能模块层3中的第M个子功能模块族(3-M)中的每个子功能模块完成单一的子功能，子功能模块之间相互独立，非直接耦合。
所述应用管理框架硬件接口驱动4-1，用于完成应用管理框架1-1与硬件接口的数据交互；所述功能模块框架硬件接口驱动4-2，用于完成各功能模块框架与硬件接口的数据交互。
所述应用管理框架层1只能通过功能模块框架层2完成对子功能模块层3中子功能模块的调度；所述子功能模块层3只能通过功能模块框架层2完成对硬件接口驱动4-2的调度。
所述应用管理框架层1中的***任务调度1-1-1对功能模块框架层2中的一个或多个功能模块框架进行调度，实现***功能任务的重构。
所述功能模块框架层2中的第M个功能模块框架(2-M)中的模块重构器(2-M-1)对子功能模块层3中的第M个子功能模块族(3-M)中的一个或多个子功能模块进行调度，实现第M个功能模块框架(2-M)的模块功能重构。
所述功能模块框架层2中的功能模块框架和子功能模块层3中的子功能模块族及子功能模块，都可以根据运动控制***控制需求进行增加、裁剪、修改和调度，实现开放式运动控制***的重构。
本发明的特点和有益效果在于：
1、采用应用管理框架对多个功能模块框架和应用管理框架硬件接口驱动进行调用与数据信息管理，以及功能模块框架对功能模块族中多个子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动进行调用与数据信息管理，提高了可重构的开放式运动控制***架构的互操作性。
2、功能模块框架、子功能模块族和子功能模块，可根据运动控制器控制功能需求进行自由增加、裁剪和修改，提高了可重构的开放式运动控制***架构的可缩放性。
3、运动控制***中功能模块框架层中各功能模块框架和子功能模块层中各子功能模块彼此独立，且子功能模块不直接与硬件驱动层进行数据信息交互，因此当硬件结构改变后，可以只对硬件驱动层进行最小修改，将该可重构的开放式运动控制***架构移植于其他硬件平台上，提高了可重构的开放式运动控制***架构的可移植性和可互换性。
4、开放式运动控制***中的开放式运动控制***架构完全开放，用户可以将自己设计的功能模块加入其中或根据可重构信息对功能模块间拓扑结构关系的进行配置及可重构操作，完成对开放式运动控制***的重构。
附图说明
图1为本发明的一种可重构的开放式运动控制***架构设计框图；
图2为本发明的一种可重构的开放式运动控制***架构设计应用于CNC伺服控制***的实例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，本发明的一种可重构的开放式运动控制***架构设计，主要由应用管理框架层1、功能模块框架层2、子功能模块层3和硬件接口驱动层4组成；将图1的架构设计应用于CNC伺服控制***的设计中，如图2所示。
本发明实施例CNC伺服控制***由开放式运动控制***架构A、硬件接口B、驱动器C、被控对象D、传感器E和人机界面F组成；所述的开放式运动控制***架构A与硬件接口B相连；所述的硬件接口B还与驱动器C、传感器E和人机界面F分别相连；所述的驱动器C与被控对象D相连；所述的被控对象D与传感器E相连；开放式运动控制***架构A通过硬件接口B接收人机界面F下发的命令和数据信息、以及传感器E检测到被控对象D的反馈数据信息，再经开放式运动控制***架构A中的控制算法，产生驱动信息并经硬件接口B输出给驱动器C驱动被控对象D执行与运动。
所述开放式运动控制***架构A主要由应用管理框架层1、功能模块框架层2、子功能模块层3和硬件接口驱动层4组成；
所述应用管理框架层1至少包括应用管理框架1-1；所述应用管理框架1-1至少包括***任务调度1-1-1和管理框架数据信息接口1-1-2；
所述功能模块框架层2包括多个功能模块框架，其中第M个功能模块框架(2-M)至少包括模块重构器(2-M-1)和模块数据信息接口(2-M-2)，其中M为正整数；
在本实施例的CNC伺服控制***的开放式运动控制***架构中，功能模块框架层2至少包括设定点发生器框架2-1、控制器框架2-2、测量***框架2-3和执行***框架2-4；所述设定点发生器框架2-1至少包括模块重构器2-1-1和模块数据信息接口2-1-2；所述控制器框架2-2至少包括模块重构器2-2-1和模块数据信息接口2-2-2；所述测量***框架2-3至少包括模块重构器2-3-1和模块数据信息接口2-3-2；所述执行***框架2-4至少包括模块重构器2-4-1和模块数据信息接口2-4-2；
所述子功能模块层3包括多个子功能模块族为正整数，每个子功能模块族至少包括Ni个子功能模块，其中Ni为自然数，其下标数字i与子功能模块族序号M一一对应；所述子功能模块族序号M与功能模块框架序号M一一对应，子功能模块层3中的第M个子功能模块族(3-M)与功能模块框架层2中的第M个功能模块框架(2-M)相对应；
在本实施例的CNC伺服控制***的开放式运动控制***架构中，所述子功能模块层3至少包括设定点发生器子功能模块族3-1、控制器子功能模块族3-2、测量***子功能模块族3-3和执行***子功能模块族3-4；所述设定点发生器子功能模块族3-1至少包括直线轨迹规划3-1-1、圆弧轨迹规划3-1-2、NURBS轨迹规划3-1-3等3个子功能模块；所述控制器子功能模块族3-2至少包括PID控制器3-2-1、前馈控制器3-2-2、滑模控制器3-2-3、滤波器3-2-4等4个子功能模块；所述测量***子功能模块族3-3至少包括光栅尺检测3-3-1、编码器检测3-3-2、速度计算3-3-3等3个子功能模块；所述执行***子功能模块族3-4至少包括位置命令转换计算3-4-1、速度命令转换计算3-4-2、扭矩命令转换计算3-4-3等3个子功能模块；
所述硬件接口驱动层4包括应用管理框架硬件接口驱动4-1和功能模块框架硬件接口驱动4-2。
所述应用管理框架1-1用于对功能模块框架层2中各功能模块框架的调度和数据管理，以完成运动控制***功能任务的重构；所述应用管理框架1-1中的***任务调度1-1-1与功能模块框架层2、应用管理框架硬件接口驱动4-1和管理框架数据信息接口1-1-2分别相连；所述管理框架数据信息接口1-1-2与功能模块框架层2和应用管理框架硬件接口驱动4-1分别相连；所述***任务调度1-1-1获取管理框架数据信息接口1-1-2的***数据信息，并进行处理产生功能模块框架调度控制信息，再根据功能模块框架调度控制信息完成运动控制***任务所需功能模块框架和应用管理框架硬件接口驱动4-1的调度，待调度执行完后，***任务调度1-1-1从功能模块框架层2和应用管理框架硬件接口驱动4-1获取必要的数据信息并存储到管理框架数据信息接口1-1-2；所述管理框架数据信息接口1-1-2通过共享内存方式实现应用管理框架1-1与功能模块框架层2和应用管理框架硬件接口驱动4-1的数据交互。
所述功能模块框架层2中的每个功能模块框架完成单独的模块功能，功能模块框架之间相互独立，非直接耦合；所述功能模块框架层2中的第M个功能模块框架(2-M)的模块重构器(2-M-1)分别与模块数据信息接口(2-M-2)、子功能模块层3中的第M个子功能模块族(3-M)和功能模块框架硬件接口驱动4-2相连；所述模块数据信息接口(2-M-2)与第M个子功能模块族(3-M)和功能模块框架硬件接口驱动4-2分别相连；所述第M个功能模块框架(2-M)通过模块重构器(2-M-1)完成子功能模块族(3-M)中各子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度与数据信息管理；所述第M个功能模块框架(2-M)通过模块数据信息接口(2-M-2)完成各子功能模块间及子功能模块与功能模块框架硬件接口驱动4-2的数据交互；
所述设定点发生器框架2-1用于对设定点发生器子功能模块族3-1中子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度和数据管理，以完成设定点发生器框架的模块功能重构；所述设定点发生器框架2-1中的模块重构器2-1-1分别与设定点发生器子功能模块族3-1、 功能模块框架硬件接口驱动4-2和模块数据信息接口2-1-2相连；所述模块数据信息接口2-1-2与设定点发生器子功能模块族3-1和功能模块框架硬件接口驱动4-2分别相连；所述模块重构器2-1-1从模块数据信息接口2-1-2获取数据信息，并根据设定点发生器框架调度控制信息进行处理，产生设定点发生器子功能模块调度控制信息，再根据设定点发生器子功能模块调度控制信息完成设定点发生器模块功能所需子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度，待调度执行完后，模块重构器2-1-1从设定点发生器子功能模块族3-1和功能模块框架硬件接口驱动4-2获取必要的数据信息并存储到模块数据信息接口2-1-2；所述模块数据信息接口2-1-2通过共享内存方式实现设定点发生器框架2-1与子功能模块族3-1和功能模块框架硬件接口驱动4-2的数据交互；
所述控制器框架2-2用于对控制器子功能模块族3-2中子功能模块的调度和数据管理，以完成控制器框架的模块功能重构；所述控制器框架2-2中的模块重构器2-2-1分别与控制器子功能模块族3-2、功能模块框架硬件接口驱动4-2和模块数据信息接口2-2-2相连；所述模块数据信息接口2-2-2分别与功能模块框架硬件接口驱动4-2和控制器子功能模块族3-2相连；所述模块重构器2-2-1从模块数据信息接口2-2-2获取数据信息，并根据控制器框架调度控制信息进行处理，产生控制器子功能模块调度控制信息，再根据控制器子功能模块调度控制信息完成控制器模块功能所需子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度，待调度执行完后，模块重构器2-2-1从控制器子功能模块族3-2和功能模块框架硬件接口驱动4-2获取必要的数据信息并存储到模块数据信息接口2-2-2；所述模块数据信息接口2-2-2通过共享内存方式实现控制器框架2-2与控制器子功能模块族3-2和功能模块框架硬件接口驱动4-2的数据交互；
所述测量***框架2-3用于对测量***子功能模块族3-3中子功能模块的调度和数据管理，以完成测量***框架的模块功能重构；所述测量***框架2-3中的模块重构器2-3-1分别与测量***子功能模块族3-3、功能模块框架硬件接口驱动4-2和模块数据信息接口2-3-2相连；所述模块数据信息接口2-3-2与测量***子功能模块族3-3和功能模块框架硬件接口驱动4-2分别相连；所述模块重构器2-3-1从模块数据信息接口2-3-2获取数据信息，并根据测量***框架调度控制信息进行处理，产生测量***子功能模块调度控制信息，再根据测量***子功能模块调度控制信息完成测量***模块功能所需子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度，待调度执行完后，模块重构器2-3-1从测量***子功能模块族3-3和功能模块框架硬件接口驱动4-2获取必要的数据信息并存储到模块数据信息接口2-3-2；所述模块数据信息接口2-3-2通过共享内存方式实现测量***框架2-3与测量***子功能模块族3-3和功能模块框架硬件接口驱动4-2的数据交互；
所述执行***框架2-4用于对执行***子功能模块族3-4中子功能模块的调度和数据管理，以完成执行***框架的模块功能重构；所述执行***框架2-4中的模块重构器2-4-1分别与执行***子功能模块族3-4、功能模块框架硬件接口驱动4-2和模块数据信息接口2-4-2相连；所述模块数据信息接口2-4-2与执行***子功能模块族3-4和功能模块框架硬件接口驱动4-2分别相连；所述模块重构器2-4-1从模块数据信息接口2-4-2获取数据信息，并根 据执行***框架调度控制信息进行处理，产生执行***子功能模块调度控制信息，再根据执行***子功能模块调度控制信息完成执行***模块功能所需子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动4-2的调度，待调度执行完后，模块重构器2-4-1从执行***子功能模块族3-4和功能模块框架硬件接口驱动4-2获取必要的数据信息并存储到模块数据信息接口2-4-2；所述模块数据信息接口2-4-2通过共享内存方式实现执行***框架2-4与执行***子功能模块族3-4和功能模块框架硬件接口驱动4-2的数据交互。
所述功能模块框架层3中的子功能模块族是指包含一系列功能性质相似的子功能模块集合，子功能模块族之间相互独立，子功能模块族中的每个子功能模块完成单一的子功能，子功能模块之间相互独立，非直接耦合；
所述设定点发生器子功能模块族3-1是指包含一系列产生不同轨迹设定点信息的子功能模块集合，主要用于完成CNC伺服控制***的设定点参考值的生成，设定点发生器子功能模块族3-1中子功能模块由设定点发生器框架2-1的模块重构器2-1-1根据设定点发生器子功能模块调度控制信息进行调度与执行；
所述直线轨迹规划3-1-1用于接收设定点发生器框架2-1下发的直线轨迹运动命令，采用直线轨迹生成控制算法运算处理生成直线轨迹的设定点信息，并将其传送给设定点发生器功能模块框架2-1；所述圆弧轨迹规划3-1-2用于接收设定点发生器框架2-1下发的圆弧轨迹运动命令，采用圆弧轨迹生成控制算法运算处理生成圆弧轨迹的设定点信息，并将其传送给设定点发生器功能模块框架2-1；所述NURBS轨迹规划3-1-3用于接收设定点发生器框架2-1下发的曲线运动命令，采用NURBS轨迹生成控制算法运算处理生成NURBS轨迹的设定点信息，并将其传送给设定点发生器功能模块框架2-1；
所述控制器子功能模块族3-2是指包含一系列不同运动控制策略的子功能模块集合，主要用于完成CNC伺服控制***闭环控制，控制器子功能模块族3-2中子功能模块由控制器框架2-2的模块重构器2-2-1根据控制器子功能模块调度控制信息进行调度与执行；
所述PID控制器3-2-1用于接收控制器框架2-2下发的设定点数据信息和反馈数据信息，采用PID控制算法实现闭环控制，并将PID控制的输出数据信息传送给控制器框架2-2；所述前馈控制器3-2-2用于接收控制器框架2-2下发的设定点数据信息，经前馈控制算法处理，并将前馈控制的输出数据信息传送给控制器框架2-2；所述滑模控制器3-2-3用于接收控制器框架2-2下发的设定点数据信息和反馈数据信息，采用滑模变结构控制算法实现闭环控制，并将滑模控制的输出数据信息传送给控制器框架2-2；所述滤波器3-2-4用于接收控制器框架2-2下发的数据信息，经过滤波算法进行滤波处理，并将滤波器的输出数据信息传送给控制器框架2-2；
所述测量***子功能模块族3-3是指包含一系列完成反馈信号检测与计算功能的子功能模块集合，主要用于对传感器检测信息的处理，测量***子功能模块族3-3中子功能模块由测量***框架2-3的模块重构器2-3-1根据测量***子功能模块调度控制信息进行调度与执行；
所述光栅尺检测3-3-1用于接收测量***框架2-3下发的光栅尺传感信息，经计算处理 得到位置数据信息，并将其传送给测量***框架2-3；所述编码器检测3-3-2用于接收测量***框架2-3下发的编码器传感器信息，经计算处理得到位置数据信息，并将其传送给测量***框架2-3；所述速度计算3-3-3用于接收测量***框架2-3下发的位置信息信息，经微分计算等处理得到速度数据信息，并将其传送给测量***框架2-3；
所述执行***子功能模块族3-4是指包含一系列完成执行功能的子功能模块集合，主要用于产生驱动信息，执行***子功能模块族3-4中子功能模块由执行***框架2-4的模块重构器2-4-1根据执行***子功能模块调度控制信息进行调度与执行；
所述位置命令转换计算3-4-1用于接收执行***框架2-4下发的控制器输出信息，经计算处理产生驱动器能接收的位置命令数据信息，并将其传送给执行***框架2-4；所述速度命令转换计算3-4-2用于接收执行***框架2-4下发的控制输出信息，经计算处理产生驱动器能接收的速度命令数据信息，并将其传送给执行***框架2-4；所述转矩命令转换计算3-4-3用于接收执行***框架2-4下发的控制器输出信息，经计算处理产生驱动器能接收的转矩命令数据信息，并将其传送给执行***框架2-4。
所述的应用管理框架硬件接口驱动4-1，完成应用管理框架1-1与应用管理框架硬件接口的数据交互；在本实施例的CNC伺服控制***的开放式运动控制***架构中，所述的应用管理框架硬件接口驱动4-1包含SCI通信接口驱动等，主要用于驱动外部通信接口，完成开放式运动控制***架构A与人机界面F的数据信息交互；
所述的功能模块框架硬件接口驱动4-2，用于完成各功能模块框架与功能模块框架硬件接口的数据交互；在本实施例的CNC伺服控制***的开放式运动控制***架构中，所述的功能模块框架硬件接口驱动4-2，包含执行器接口驱动、传感器接口驱动等，主要用于驱动执行器接口和传感器接口，完成开放式运动控制***架构A与驱动器C和传感器E的数据信息交互。
所述应用管理框架层1只能通过功能模块框架层2完成对子功能模块层3中子功能模块的调度；所述子功能模块层3只能通过功能模块框架层2完成对硬件接口驱动4-2的调度。
所述功能模块框架层2中的功能模块框架和子功能模块层3中的子功能模块族及子功能模块，都可以根据运动控制***控制需求进行增加、裁剪、修改和调度；所述功能模块框架层2中的第M个功能模块框架(2-M)中的模块重构器(2-M-1)对第M个子功能模块族(3-M)中的一个或多个子功能模块进行调度，实现第M个功能模块框架的模块功能重构；所述应用管理框架层1中的***任务调度1-1-1对功能模块框架层2中的一个或多个功能模块框架进行调度，实现***功能任务的重构。
本发明的一种可重构的开放式运动控制***架构设计可以根据控制需求实现开放式运动控制***的快速重构，下面以本发明应用于CNC伺服控制***的设计中来说明***重构的方法。如图2所示，CNC伺服控制***由开放式运动控制***架构A、硬件接口B、驱动器C、被控对象D、传感器E和人机界面F组成；所述的开放式运动控制***架构A与硬件接口B相连；所述的硬件接口B还与驱动器C、传感器E和人机界面F分别相连；所述的驱动器C与被控对象D相连；所述的被控对象D与传感器E相连；用户可以根据不同控制需求对开放 式运动控制***架构A进行操作，实现开放式运动控制***的重构。例如：
(一)CNC伺服控制***的***功能任务的重构：
1、一种开环控制CNC伺服***的重构：所述应用管理框架层1中的***任务调度1-1-1只需对功能模块框架层2中设定点发生器框架2-1、执行***框架2-4两个功能模块框架进行调度，即可完成***功能任务的重构；应用管理框架1-1通过应用管理框架硬件接口驱动4-1接收人机界面F下发的运动命令，经过命令解释等处理下发给设定点发生器框架2-1处理，生成运动轨迹设定点信息，再经应用管理框架1-1将设定点信息下发给执行***框架2-4处理，生成驱动器能接收的驱动信息，并由执行***框架2-4经功能模块框架硬件接口驱动4-2输出给驱动器，最后通过驱动器C驱动被控对象D运动与执行；
2、一种带监测的开环控制CNC伺服***的重构：基于上述的开环控制CNC伺服***，所述应用管理框架层1中的***任务调度1-1-1还需对功能模块框架层2中测量***框架2-3进行调度；应用管理框架1-1在完成上述开环控制时，调度测量***框架2-3，并通过功能模块框架硬件接口驱动4-2接收传感器检测到的被控对象运动信息，经测量***框架2-3中的子功能模块计算处理得到被控对象的位置速度信息，再由应用管理框架1-1经应用管理框架硬件接口驱动4-1传输给人机界面F，从而用户可监测到被控对象的实时运行状况；
3、一种闭环控制CNC伺服***的重构：基于上述的带监控的开环控制CNC伺服***，所述应用管理框架层1中的***任务调度1-1-1还需对功能模块框架层2中控制器框架2-3进行调度；应用管理框架1-1将设定点发生器框架2-1生成的设定点信息和测量***框架2-3检测的反馈信息下发给控制器框架2-3，并经控制器框架2-3控制算法处理，再由应用管理框架1-1将控制器框架2-3输出的数据信息下发给执行***框架2-4进行处理输出驱动信息；
(二)基于闭环控制CNC伺服***，进行功能模块框架的模块功能重构：
1、按照轨迹类型，通过设定点发生器框架2-1调用设定点发生器子功能模块族3-1中的直线轨迹规划3-1-1、圆弧轨迹规划3-1-2、NURBS轨迹规划3-1-3中一个或几个，可以实现被控对象的直线、圆弧或复杂曲线的轨迹运动；
2、按照控制策略，通过控制器框架2-2调用控制器子功能模块族3-2中的PID控制器3-2-1、前馈控制器3-2-2、滑模控制器3-2-3、滤波器3-2-4中一个或几个，可以实现对被控对象不同控制策略需求的控制；
3、按照控制方式，通过测量***框架2-2调用测量***子功能模块族3-3中的光栅尺检测3-3-1、编码器检测3-3-2、速度计算3-3-3中一个或几个，可以实现对被控对象开环、半闭环或闭环控制；
4、按照驱动器工作模式，通过执行***框架2-2调用执行***子功能模块族3-4中的位置命令转换计算3-4-1、速度命令转换计算3-4-2、扭矩命令转换计算3-4-3中一个，可以让驱动工作在位置模式、速度模式或扭矩模式下来实现对被控对象控制。
本发明的一种可重构的开放式运动控制***架构设计，具有很好的开放性、互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性，具有广泛的应用领域。通过本发明用户可以根据需要，简便、快速、可靠地重构所需的运动控制***，减少开发、维护、升级成本和时间。
最后说明的是本发明的一种可重构的开放式运动控制***架构设计不局限于上述实施例，还可以做出各种修改、变换和变形。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本发明的技术方案进行修改、修饰或等同变化，而不脱离本发明技术方案的思想和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种可重构的开放式运动控制***，至少包括应用管理框架层(1)、功能模块框架层(2)、子功能模块层(3)和硬件接口驱动层(4)，其特征在于：
所述应用管理框架层(1)至少包括应用管理框架(1-1)；所述应用管理框架(1-1)至少包括***任务调度(1-1-1)和管理框架数据信息接口(1-1-2)；所述应用管理框架(1-1)通过***任务调度(1-1-1)完成功能模块框架层(2)中各功能模块框架和应用管理框架硬件接口驱动(4-1)的调度与数据信息管理；所述应用管理框架(1-1)通过管理框架数据信息接口(1-1-2)完成各功能模块框架间以及应用管理框架(1-1)与应用管理框架硬件接口驱动(4-1)之间的数据交互；所述应用管理框架层(1)只能通过功能模块框架层(2)完成对子功能模块层(3)中子功能模块的调度；
所述功能模块框架层(2)包括多个功能模块框架，其中第M个功能模块框架(2-M)至少包括模块重构器(2-M-1)和模块数据信息接口(2-M-2)，其中M为正整数；所述第M个功能模块框架(2-M)通过模块重构器(2-M-1)完成子功能模块族(3-M)中各子功能模块和功能模块框架硬件接口驱动(4-2)的调度与数据信息管理；所述第M个功能模块框架(2-M)通过模块数据信息接口(2-M-2)完成各子功能模块间及子功能模块与功能模块框架硬件接口驱动(4-2)之间的数据交互；
所述子功能模块层(3)包括多个子功能模块族，每个子功能模块族至少包括Ni个子功能模块，其中Ni为自然数，其下标数字i与子功能模块族序号M一一对应；所述子功能模块族序号M与功能模块框架序号M一一对应，子功能模块层(3)中的第M个子功能模块族(3-M)与功能模块框架层(2)中的第M个功能模块框架(2-M)相对应；
所述硬件接口驱动层(4)包括应用管理框架硬件接口驱动(4-1)和功能模块框架硬件接口驱动(4-2)；
所述应用管理框架层(1)中的***任务调度(1-1-1)对功能模块框架层(2)中的一个或多个功能模块框架进行调度，实现***功能任务的重构；
所述功能模块框架层(2)中的第M个功能模块框架(2-M)中的模块重构器(2-M-1)对子功能模块层(3)中的第M个子功能模块族(3-M)中的一个或多个子功能模块进行调度，实现第M个功能模块框架(2-M)的模块功能重构。
2.根据权利要求1所述的一种可重构的开放式运动控制***，其特征在于：所述功能模块框架层(2)中的每个功能模块框架完成单独的模块功能，功能模块框架之间相互独立，非直接耦合。
3.根据权利要求1所述的一种可重构的开放式运动控制***，其特征在于：所述应用管理框架硬件接口驱动(4-1)，用于完成应用管理框架(1-1)与硬件接口的数据交互；所述功能模块框架硬件接口驱动(4-2)，用于完成各功能模块框架与硬件接口的数据交互。
4.根据权利要求1所述的一种可重构的开放式运动控制***，其特征在于：所述功能模块框架层(2)中的功能模块框架和子功能模块层(3)中的子功能模块族及子功能模块，都可以根据运动控制***控制需求进行增加、裁剪、修改和调度，实现开放式运动控制***的重构。
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