【正文】 ? 脈沖增量插補的實現(xiàn)方法較簡單 ，通常僅用加法和移位運算方法就可完成插補。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 134 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補速度與進給速度密切相關 。以一個一個脈沖的方式輸出給步進電機。 ? 速度不均勻性系數(shù)： ? 合成速度均勻性系數(shù)應滿足： λ max ≤ 1 % %100*F FF r???一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補原理 * 132 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補算法要盡可能簡單 ， 要便于編程 因為插補運算是實時性很強的運算，若算法太復雜，計算機的每次插補運算的時間必然加長，從而限制進給速度指標和精度指標的提高。 ? 一般要求上述三誤差的綜合效應小于系統(tǒng)的最小運動指令或脈沖當量 。 ? 插補誤差分類： ? 逼近誤差（指用直線逼近曲線時產生的誤差）； ? 計算誤差（指因計算字長限制產生的誤差）； ? 圓整誤差 其中，逼近誤差和計算誤差與插補算法密切相關。 ? 插補算法穩(wěn)定是確保輪廓精度要求的前提。 第三章 計算機數(shù)控裝置 * 128 現(xiàn)代數(shù)控技術 2. 評價插補算法的指標 ? 穩(wěn)定性指標 ? 插補運算是一種迭代運算，存在著算法穩(wěn)定性問題。 ? 插補算法：對應于每種插補方法 (原理 )的各種實現(xiàn)算法。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 126 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 數(shù)據(jù)通訊區(qū) 上層軟件通過數(shù)據(jù)區(qū)觀察系統(tǒng)的狀態(tài)，包括坐標軸狀態(tài)（軸位置、跟隨誤差、運動速度）、輸入 /輸出狀態(tài)、 PLC內部狀態(tài)等。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 124 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? PLC調度 PLC調度的主要任務是：故障報警處理 、 MST處理 、急停和復位處理 、 虛擬軸驅動處理 、 刀具壽命管理 、操作面板開關處理 、 指示燈及突發(fā)事件處理等 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 123 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 插補器 華中 I型為數(shù)控系統(tǒng)多通道 （ 最多可達 4通道 ） 數(shù)控系統(tǒng) ， 每個通道有一個插補器 ， 相應就創(chuàng)建一個插補任務 。 系統(tǒng)在運行時 ， NCBIOS根據(jù) ，調入對應模塊的驅動程序 ， 建立相應的接口通道 。 實現(xiàn)系統(tǒng)的通用性 。 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 118 現(xiàn)代數(shù)控技術 調度核心結構及其多任務調度圖 刀 補 運 算 譯 碼 解 釋 動 態(tài) 顯 示 人 機 界 面 PLC 功 能 數(shù) 據(jù) 采 集 插 補 運 算 位 置 控 制 時鐘中斷 服務程序 任 務 調度程序 調度核心 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 119 現(xiàn)代數(shù)控技術 調度核心程序框圖 保護現(xiàn)場保護協(xié)處理器數(shù)據(jù)各定時任務計時轉向調度程序中斷服務程序框圖設置堆棧是否掛起過 ?調度程序框圖取就緒隊列讀任務狀態(tài)恢復斷點進入任務取隊列中下一任務NY五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 120 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? CNC 任務的劃分及優(yōu)先級的確定 華中 I型將任務劃分為 8個 ， 優(yōu)先級從高到低排列為 ： ? 位置控制任務 （ 4ms） ； ? 插補計算任務 （ 8ms） ； ? 數(shù)據(jù)采集任務 （ 12ms） ； ? PLC任務 （ 16ms） ； ? 刀補運算任務 （ 條件 （ 緩沖區(qū) ） 驅動 ） ； ? 譯碼解釋任務 （ 條件 （ 緩沖區(qū) ） 驅動 ） ； ? 動態(tài)顯示任務 （ 96ms） ； ? 人機界面 （ 菜單管理 ， 一次性死循環(huán)任務 ） 。 這便是本系統(tǒng)具有開放性的關鍵所在 。 ? 不同數(shù)控系統(tǒng) ， 其系統(tǒng)功能的區(qū)別和增減均在這一層實現(xiàn) 。 編輯 程序 參數(shù) 設置 解釋 程序 PLC 管理 MDI 故障 顯示 …… 過程控制軟件 NCBIOS RTM MSDOS 位置控制 I/O控制 PLC控制 低層軟件 過程層軟件 NABASE 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 116 現(xiàn)代數(shù)控技術 ?上層 （ 過程控制層 ） 軟件： 虛線以上部分 。 ? NCBIOS模塊 ：為基本輸入系統(tǒng)，管理 CNC系統(tǒng)所有的外部控制對象，包括設備驅動程序（ I/O） 的管理、位置控制、PLC控制、插補計算以及內部監(jiān)控等。因而，這種結構具有良好的開放性和可維護性。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 112 現(xiàn)代數(shù)控技術 五 . 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結構介紹 華中 I型數(shù)控系統(tǒng)軟件的實時操作環(huán)境是在 DOS操作系統(tǒng) 上擴充擴展而成的。 目前國內有些 CNC系統(tǒng)的生產廠家就是采用的這種方法 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 111 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 基于實時操作系統(tǒng)開發(fā) CNC系統(tǒng)的方法 ? 在商品化的實時操作系統(tǒng)下開發(fā) CNC系統(tǒng) ， 國外有些著名 CNC系統(tǒng)廠家采用了這種方式 。 四 . CNC系統(tǒng)軟件結構模式 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 110 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量 在 CNC系統(tǒng)軟件開發(fā)中 ， 系統(tǒng)內核 （ 任務管理 、 調度 、 通信機制 ） 的設計開發(fā)的往往是很復雜的 ， 而且工作量也相當大 。 在本模式中 ， 系統(tǒng)功能的擴充或修改 ， 只須將編寫好的任務模塊 （ 模塊程序加上任務控制塊 （ TCB）） ， 掛到實時操作系統(tǒng)上 （ 按要求進行編譯 ） 即可 。從而弱化了模塊間的耦合關系 。為了協(xié)調和組織它們，前述結構模式中，需用許多全局變量標志和判斷、分支結構，致使各模塊間的關系復雜。 由此可知， CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實時操作系統(tǒng)的基礎上進行開發(fā)。 80～ 90年代初的 CNC系統(tǒng)大多采用這種結構 。 由于中斷級別較多 （ 最多可達 8級 ） ， 強實時性任務可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務程序中 。 ? 信息交換： 緩沖區(qū) 。 整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng) 。 早期的 CNC系統(tǒng)大都采用這種結構 。 在前臺和后臺程序內無優(yōu)先級等級 、 也無搶占機制 。 前臺和后臺程序之間以及內部各子任務之間的 。 前臺程序的調度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內部各子任務采用的是順序調度 。 后臺程序 (背景程序 ): 完成顯示 、 零件加工程序的編輯管理 、系統(tǒng)的輸入 /輸出 、 插補預處理 （ 譯碼 、 刀補處理 、 速度預處理 )等弱實時性的任務 ， 它是一個循環(huán)運行的程序 ， 其在運行過程中 ， 不斷地定時被前臺中斷程序所打斷 ， 前后臺相互配合來完成零件的加工任務 。 結構模式的功能 ：組織和協(xié)調各個任務的執(zhí)行 ， 使之滿足一定的時序配合要求和邏輯關系 ， 以滿足 CNC系統(tǒng)的各種控制要求 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 98 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? CNC系統(tǒng)中采用的任務調度機制 ? 搶占式優(yōu)先調度； ? 時間片輪換調度； ? 非搶占式優(yōu)先調度 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 97 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 搶占式優(yōu)先調度機制的實現(xiàn)方式 ? 硬件主要提供支持中斷功能的芯片和電路 ， 如中斷管理芯片 （ 8259或功能相同的芯片 ） ， 定時器計數(shù)器（ 825 8254等 ） 等 。 這類任務主要包括： CRT顯示 、 零件程序的編輯 、 加工狀態(tài)的動態(tài)顯示 、 加工軌跡的靜態(tài)模擬仿真及動態(tài)顯示 等 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 94 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 弱實時性任務 這類任務的實時性要求相對較弱 ， 只需要保證在某一段時間內得以運行即可 。 為保證加工精度和加工過程的連續(xù)性 ， 這類任務處理的實時性是關鍵 。 ? 實時周期性任務： 任務是精確地按一定時間間隔發(fā)生的 。 ? 實時性任務分類 : ? 強實時性任務 實時突發(fā)性任務；實時周期性任務 ? 弱實時性任務 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 93 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 強實時性任務 ? 實時突發(fā)性任務： 任務的發(fā)生具有隨機性和突發(fā)性 ， 是一種異步中斷事件 。 ? 并發(fā)處理和流水處理的關鍵是 時間重疊 ， 是以資源重復的代價換得時間上的重疊 ， 或者說 以空間復雜性的代價換得時間上的快速性 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 89 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 流水處理技術的涵義 流水處理技術是利用重復的資源（ CPU）， 將一個大的任務分成若干個子任務 (任務的分法與資源重復的多少有關 )，這些小任務是彼此關系的，然后按一定的順序安排每個資源執(zhí)行一個任務，就象在一條生產線上分不同工序加工零件的流水作業(yè)一樣。 因此 ， 資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義 ， 即從微觀上來看 ， 各個任務還是逐一執(zhí)行的 。 其二：各任務占用 CPU的時間長度 ， 即 時間片的分配問題 。 ? 資源分時共享 —— 在規(guī)定的時間長度 （ 時間片 ） 內 ，根據(jù)各任務實時性的要求 ， 規(guī)定它們占用 CPU的時間 ，使它們分時共享系統(tǒng)的資源 。 ? 并行處理的實現(xiàn)方式： ? 資源分時共享 ? 并發(fā)處理（例如：流水處理） 這些實現(xiàn)方式與 CNC系統(tǒng)的硬件結構密切相關。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 83 現(xiàn)代數(shù)控技術 ? 基于并行處理的多任務調度技術 ? 并行處理定義： 系統(tǒng)在 同一時間間隔 或 同一時刻 內完成兩個或兩個以上任務處理的方法 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 82 現(xiàn)代數(shù)控技術 1. 多任務性與并行處理技術 ? CNC控制要求的多任務性 ? 任務定義： 可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程。 由于其應用領域是工業(yè)控制領域 （ 多任務性 、 實時性 ） ， 因此 ， 分析和了解這些要求是至關重要的 ， 因為它既是系統(tǒng)設計和將來軟件測試的重要依據(jù) ， 也是確定系統(tǒng)功能和性能指標的過程 。VX、 VY送給伺服驅動單元 ， 控制電機運行 ， 實現(xiàn) CNC裝置的軌跡控制 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 81 現(xiàn)代數(shù)控技術 CNC系統(tǒng)是典型的實時控制系統(tǒng) 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 78 現(xiàn)代數(shù)控技術 ⒌ 位置控制處理 f（） + + + + + 插補輸出 △ X1△ Y1 指令位置 X1新 Y1新 跟隨誤差 △ X3△ Y3 實際位置 X2新 Y2新 反饋位置增量 △ X △ Y2 X1舊 Y1舊 X2舊 Y2舊 速度指令 VX、 VY 位置控制轉換流程 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 79 現(xiàn)代數(shù)控技術 位置控制完成以下幾步計算： ? 計算新的位置指令坐標值： X1新 = X1舊 +△ X1； Y1新 = Y1舊 +△ Y1； ? 計算新的位置實際坐標值： X2新 = X2舊 +△ X2； Y2新 = Y2舊 +△ Y2 ? 計算跟隨誤差 (指令位置值 — 實際位置值 )： △ X3= X1新 X2新 ； △ Y3= Y1新 Y2新 ； ? 計算速度指令值： VX=f（ △ X3） ； VY=f（ △ Y3） 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結構 * 80 現(xiàn)代數(shù)控技術 f( )是位置環(huán)的調節(jié)控制算法 ， 具體的算法視具體系