讨论：数字总线到底解决了运动控制级这一特定层面中的什么关键技术？ 点击：21854 | 回复：415
这位前辈的原帖关键内容如下：
“数控重在体系”，完全正确!
中科院计箅所李国杰院士说过，“计算机产品越搞越复杂。” “全世界好像只有计算机产业是把事情越做越复杂。”李先生又说“简单易用，千万不可越搞越复杂。产品太复杂，再好的技术也普及不了。”“计算机科学可能更需要建立‘简单性’理论，即如何发现最简单的方法去解决实际问题。” “尽可能用简单方法处理复杂问题是信息技术的生存之道。”
窃以为，李先生之所见切中计算机产品（包括数控系统）之要害。我返回数控之后，发现数控系统越搞越复杂，重蹈计算机的覆辙，这是与开放性背道而驰的。
先生提出“后步进时代”，推崇运动控制级的全数字总线，我想请教的是，从开放性与简单性来看，从数字控制的本质来看，对于运动控制级，全数字总线 的本质是什么？解决了传统运动控制中无法解决的什么技术关键（不是指现场总线的共有优点）？
请先生指教，谢谢。
个人谨将有关回帖整理张贴如下，欢迎业内朋友讨论。
作为“WEDM的英文名之命名者”前辈绝对是晚辈的崇拜对象！前辈开始从事数控的时候，晚辈尚未来到这个世界上。前辈重返数控的时候，晚辈才刚刚进入业内，虽然师从国内第一代数控专家已经将近十年。眼下晚辈无非是在数控的边缘混口饭吃，并非什么数控高手。
至于李院士的高论，晚辈不敢苟同，窃以为李院士混淆了两个概念，就是作为技术类产品的计算机中所必须包含的两个概念：一个是产品，一个是技术，产品自然要主张易用性，而技术则只能追求先进性。作为一名业内工程师，晚辈肯定没有学者的远见卓识。不过本人非常认同一位国外工程师的观点：所谓工程师就是以自己的复杂劳动为别人（主要指用户）提供便利的人群。工程师尚且需要如此，学者们难道就可以偷闲？作为国家最高学术机构的中科院不做越来越复杂的（先进）技术做什么？纳税人的钱不应该被用来养活饭桶。
再回到数控系统上来，从58年我导师那代人搞出国内第一台数控机床（包括系统），到前辈入行的68年，出行的78年，再到所谓改革开放十年后的88年，国内数控技术因为政策起伏已然经历了三起三落，每每不是一哄而上，继而一哄而散，计划经济导致的学院科研和吃饭技改未能造就民族数控产业，苟延残喘下来的机床所在合资后彻底沦为日本人的买办。无独有偶，从90年代初期，靠着吃政府市场饭的华中数控（背靠教育部），航天数控（背靠航空航天口军工企业），蓝天数控（背靠中科院）慢慢起来了，然而时至今日，除了能在政府市场混饭吃，对国内数控产业和市场又有什么实质贡献呢？！
就如PC绝不是计算机科学的代名词一样，数控的内涵也绝不是眼下遍地开花的经济型数控系统，就如计算机要分为大型机、小型机和服务器、PC一样，数控也要分为高端、中端和普及型、经济型，不同的分类，要害自然不同。经济型讲求低价格高可靠，因为经济型拼的就是价格，没有可靠性，根本应付不了高额售后支持和维护的成本消耗。中端和普及型的要害是性价比，在必须提供足够的功能和性能的同时，成本还必须降得下来，因为目前普及型的竞争对手主要是外国人，国产系统除了能为用户节省成本，还没有能力为用户创造价值。高端拼什么？看看“十一五”重大课题就不难发现，拼的是具备高性能的高端功能，目前国人还远不是外国人的竞争对手，高端数控对国人而言首先要解决的是（功能）有没有和（性能）好不好的产品问题，也就是先进技术的集成和产品化问题。
至此，就不难回答前辈的关于数字总线的质疑了，如果仅仅是面向经济型数控系统，后步进时代的脉冲串足以，又简单，又开放，又廉价。如果是面向中端和普及型数控，脉冲串和模拟接口会越来越显得捉衿见肘，毕竟今天的高端不久之后就会成为明后天的中端乃至普及型。面对高端应用，难道还有真的会有谁认为脉冲串足以？！模拟口虽然简单，而且开放，但国际数控业乃至运控业之所以弃之不用，而纷纷走向数字总线的理由早借模拟调节和数字控制之争就已然定论了，而且就每根轴的接入成本而言，抛开复杂线束及其布线成本不谈，高精度高分辨率的模拟接入成本也未必会低于数字总线的节点接入成本。
诚然，数字总线技术只是数控和运控系统中的数据传输载体，解决的关键问题在于高数据传输率、高数据刷新率和高指令同步性，数字总线本身并不直接解决数控和运控最本质的关键问题，但是这并不妨碍数字总线成为高端数控系统的关键特征（之一）。而且开放性也并非片面地意味着简单，没有经过良好封装的开放性，只能增加用户的使用难度和复杂性，使产品成为所谓的专家型系统（专家型用户才具备使用能力的系统），而封装的太好，开放可能也就无从谈起了。开放式系统是一个过于复杂的问题，晚辈无力揣度。关于数字总线的开放性，毋庸置疑的是，任何一种开放性数字总线的技术实现复杂度肯定都远高于脉冲串和模拟接口，而在这个问题上，恰恰是国人的软肋，不要说创立和起草全新的数字总线协议，就连拿现成的舶来品集成进自己的产品，国内数控和运控业内又有几家企业能够驾轻就熟，信手拈来呢？
以上就是晚辈对于国内数控技术发展和数字总线一点浅薄看法，恭请前辈不吝赐教。
十多年前搞过美国的数控系统 及英国的产业数控系统 分别使用光纤接口或用RS485串联接口(他自订了一个名词 SERVO NET) 前者解决高频传输及部分干扰 后者简化配线 曾接触过造纸设备 单一机台多达56轴 光是电柜的面积就十多平方米
不管用各样的接口 都有其共通点 控制端及伺服端 双端接口的韧体是要一致 此韧体也多由各厂家独自开发 其目的就为了解决自家系统的问题 性能功能是外表 最重要的是成本及竞争力 使用厂家开发出来的接口是要付费 而且是每套都要付 不付那还是个山寨
先前有网友提出通用伺服及专用伺服讨论 其实就是接口的问题 就像APPLE与微软的竞争 窗口是由APPLE最早开发出来 但他不开放 也就造成微软独大 但用过APPLE都知道 他比微软好用 微软就是通用
运动控制是很模拟两可的说法 其定义没有标准化 因不同的领域 而有不同的解读 那是各商家的用心 呵呵 在个人的领域 我将他解释为带有讯号回馈轴控制 所以变频 步进 都不能算在此范围 但加编码器 作为其位置回馈 也可归于运动控制范围 呈现出来的效益也就对精度要求 所以运动控制仅是数控下位控制模块 接口(通讯格式 讯号种类)仅是作为 数控 运动控制 伺服 I/O 多方沟通的媒介 各有扮演的脚色 其本质 就是0与1 在物理上就是电流
技术是建立在可行的理论上 能够稳定 能够量产 产生经济效益 这是学术界 政府机关所欠缺观念 他们追求的是”名” 不需要抱怨 全世界都一样
TO:通讯网
其实，运动控制根本不在乎速度和精度!。
呵呵 我又小看你了 原来你还是个数控”专家”
温升是属于非刚性的误差 怎么回馈
下刀量深浅 切削力也会有变化 也是非刚性误差
你讲的是”冯京” 还是”马凉”
技术与应用的脱节，是技术人的悲哀。
我把技术的描述分成4个层次：外行人说外行话，外行人说“内行”话（当然是学着说），内行人说内行人话，内行人说“外行”话，（当然不是外行，而是外行都能听懂的话）。
技术要实现应用，就有可能面对应用的客户和推广的层面，就有可能面对“外行”，内行人就要能够达到说“外行”话的层次。其实所谓的外行是相对的，大的客观的是一样的，就是野夫前辈说的“哲学”是一样的，外行人说外行话，不见得是外行。外行人说“内行”话，说明大家也想来玩玩，怕就怕“内行人说内行话”，其实网上是开放的，没什么真正的完全的内行话，一是“难见”高手，二是怕泄露技术，于斯乎搬出一点玄的东西，然后你们都是“三十年前的眼光”“一群外行”，不跟你们玩了，自己拿把剑对着镜子舞两把去了。
To 想起时正是忘记
从输入信号逻辑值变化时输出逻辑值是否变化来看，冒险可分为静态冒险和动态冒险。输出逻辑值不变者为静态冒险，输出逻辑值改变者为动态冒险。从输入信号逻辑值变化的个数来看，只有一个输入信号的逻辑值变化时产生的冒险为逻辑冒险，有多个输入信号的逻辑值变化时产生的冒险为功能冒险。功能冒险因电路的功能所致，是逻辑函数本身固有的，是不能消除的。
在许多情况下，组合逻辑电路的输入信号由时序逻辑电路的状态直接产生。在这种情况下，采用格雷码对这些状态编码，在状态转移时虽然始终只有一个状态变量发生改变，然而对于该组合逻辑电路而言，仍然可能产生逻辑冒险。只不过这种逻辑冒险是可以校正的而已。
在理论上，Eichelberger于1965年证明了，对于静态逻辑冒险，如果布尔函数f(X)的积之和实现包括了f(X)的全部质蕴涵，该实现就没有静态逻辑冒险。以后的问题都是工程技术问题。
To 波恩
众所周知，现有数控技术建立在插补算法的基础上，插补算法又建立在实时操作系统的基础上。OSEC所声称的没有先进的控制算法的下一代数控系统只是进化性的非革命性的，也反映了插补迭代控制算法在现有数控技术中的重要地位。按照OSEC的观点，FANUC采用64位超高速处理器实现了NURBS插补，可视为插补迭代控制算法的革命性进展。
现有数控系统，包括上述“下一代数控系统”计划，以及基于运动控制器的开放式数控系统，其控制算法都是插补迭代控制算法，提高插补精度与插补速度成为其首要目标。
插补算法贯穿于数控系统的全部历史，对此，本人杜撰了一个名词“插补时代”。
插补算法是数值计算方法中的一种迭代算法，也就是寻找Xn+1 = f（Xn）的运算规则。由于函数的连续性，Xn 中必然蕴涵
我怎么觉得这题越跑越大？数字总线无非是外围接口，而算法都是底层运动控制的核心技术，完全是两码事。感觉应该另开题讨论多任务，多轴插补，多轴联动等核心技术，而做这方面的一线研发人员保密还来不及。固高，成都乐创等研发人员谁会在此大肆讨论运动控制算法，算法搞出来了还要经验极端丰富的高端硬件人才配合才能生产出有竞争力的产品。对于数控系统，我是门外汉，也感觉我们和SIEMENS或FANUC有非常大的差距。但楼主的两个关键词是“数字总线”和“运动控制”。讨论到现在好像没有个实质的结论。
我感觉“数字总线”就是给复杂运动控制指令及反馈信息提供方便快速准确信息的双向通道而已。从运动控制角度没有什么高科技可言。运动控制“数字总线”，无非是传送速度较快的现场总线，和运动控制是两个概念。我也没否认总线也有高科技含量，但和运动控制算法，没有直接关系。欢迎批判。
硬件插补器也许还会有人继续用，甚至继续研究，但是个人以为数控的软件化是上世纪90年代以来的发展趋势，也许随着FPGA技术的发展，数控功能的某些子功能有可能再度硬件化，但本人目前尚未看到这种势头。
插补是不是单纯的迭代，本人没有发言权，即便是 数控也还不至于要去抢计算科学的饭碗去深究迭代算法的本质，数控只不过是在把它拿来用而已，如果用一下计算机领域的东西就说数控跑偏了，那么跑偏的东西就太多了！
至于实时操作系统，数控也是从用的角度出发，以拿来用，为什么要用？无非是追求时间的确定性，如果一个数控系统连时间的确定性都要放弃，除非计算机科学全面实现异步化并行事件触发，而不再是基于主频的同步运行机制，即便是这样，精确定时和计时也还是少不了。
“野夫”的思想大有颠覆现有数控体系的意味，只是以本人的见识尚无法理解“野夫”预言的“严重后果”会是什么？
1、现有数控系统“被计算机化”成为专用计算机系统后，实时操作系统的管理机制与应变机制转变为一种普适的控制机制，插补迭代算法则转变为一种实时控制算法，实时操作系统便成为进行实时插补迭代以生成控制信息的实时控制中心，形成了以实时操作系统为中心的系统架构，导致整个数控软件成为一个庞大而复杂的中断系统。
2、一旦机械系统的运动速度提高、或运动精度提高、或联动轴增加、或需要实时控制的工艺参数增加，实时计算的工作量随之巨增，导致实时操作系统的插补周期必然以指数形式增长，从而需要字长更长、速度更高的处理器以及实时性更强可靠性更高的实时操作系统。
3、在这种情况下，为了实现极为复杂的线程调度与进程调度，数控软件势必深入多进程/多线程嵌套调用以及多重实时嵌套中断等操作系统的前沿领域，从而再次被计算机系统牵着鼻子走。
4、在实时操作系统的实时控制下采用插补迭代控制方法，产生了插补周期、轮廓步长等冗余信息及其导致的大量冗余信息，违反了简单性原则。这些冗余信息消耗了大量计算资源，违反了经济性原则。
5、在数控技术中，对时间的调控是最简单、最可靠的。然而，在现有数控系统中，作为冗余信息的插补周期，担当了一个极端强势的“二把手”之类的角色，居然成为现有数控系统的系统参数。在现有数控系统中，对时间变化高度敏感，时间不再是一个自由变量。对于数控技术来说，丧失了一个最简单、最可靠的技术手段，无疑是一个极严重的错误。
6、现有数控系统对时间变化的高度敏感性，大大降低了数控系统的可靠性。有资料指出，影响计算机系统可靠性的因素，硬件错误仅占百分之几，绝大多数的错误来源于系统的管理。对于现有数控系统而言，硬件错误的比例还要小。窃以为，因delay之永恒性与不确定性而导致流水线/线程/进程等层次产生“干扰”应该是导致系统管理错误的主要原因。这是软件中传统的“bug” 无法与之相比的。对于“bug”，只要反复调试，耐心而细心，“bug”是可以捉到的，即所谓de- bug（捉虫子）。因此，要提高数控软件的可靠性，必须建立工业环境下的一整套测试分析系统，这是国人难以进入的盲区。
7、对数控产业来说，现有数控系统“被计算机化”后，正如李国杰先生对计算机产业所言那样，“越搞越复杂”，也像计算机产品一样，“卖升级”。
8、对现有数控系统的开发来说，需要既熟悉计算机技术又熟悉数控技术的复合型人才。据说，“国内既精通数控技术本身同时又精通计算机软硬体系结构的复合型人才少之又少。” 窃以为，国外也大致如此，当然人数会多一些。而这就意味着，数控系统开发过程的复杂化必然导致开放性泡了汤，“使产品成为所谓的专家型系统（专家型用户才具备使用能力的系统）”，与开放性背道而驰。谁有利？
9、现有数控系统“被计算机化”后，现有数控技术的发展锁定于两点。一是芯片技术的水平，二是操作系统的水平。其他问题，诸如算法的实现、多轴联动、线程调度与进程调度、多重实时中断、运动规划等等，对于国人来说都是小问题。开发自己的操作系统须有自己的芯片才有意义。所以，当今数控技术的竞争，在本质上是芯片技术的竞争。
看穿了这一点之后，没有中国芯，国际巨头的所作所为不就很清楚了吗？国产数控系统与国际接轨意味着什么不就很清楚了吗？
中国芯在哪里？何年何月才有64位超高速中国芯？以后呢？128位？256位？
永远花大钱买升级！不另辟蹊路搞创新，至少在本人可以见到的时期内只能如此。
顺便提及，本人认为，“运动控制级的全数字总线” 与现有数控系统的现状密切相关。
又及，正如征先生所言，采用目前的架构实现数控算法，是当时计算机及微电子的技术水平决定的。然而，90年代以来，计算机及微电子的技术水平飞速发展，数控系统还继续沿着既定的方向走，不就是发展方向出现了问题吗？
关于发展的方向性问题上，我认为应该百家争鸣，各种奇想都应该的，就像有很多人在做推翻先对论的研究一样，说不定那天某个东西就质变了呢，但要自己要为之于奋斗。
关于主题，我觉的超级简单的个问题，首先总线的定义搞清楚，我从网上找了下：
3．1 系统具有开放性和互用性
通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的系统。系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。
3．2 系统功能自治性
系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。
3．3 系统具有分散性
现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。
3．4 系统具有对环境的适应性
现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。
由于现场总线结构简化，不再需要系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线，节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易于重构等优点。
拿FANUC来说：
纳米CNC系统（AI NANO HPCC)。
NC方面，预读单节和高速的单节处理，从而可以减少切削路径误差，求得最佳进给率、平滑速度、最佳扭矩加减速（可以减少震动）；伺服控制的位置指令计算比最小输入单位还细（1um的输入单位是用1nm)；namo补间和RISC处理器（为了NURBS补间），各轴独立设定平滑钟型加减速的加加速度控制
伺服方面，HRV3的控制，低通滤波和NOTCH滤波功能（减少机床的震）；电流回路周期62.5us（高速CPU与高精度电流检出ai系列伺服放大器），加上高精度、高响应的pulse encoder（从而使得速度增益更高），从而能给位置指令的细算华提供支持
从上不难看出，在伺服放大器里还有处理器在做计算处理，那么不用通讯，你有多少根线能够连接？
冒昧的想问一下：如果不采用计算机控制， 野夫先生有什么新的控制方式？
如果在通用处理器平台上采用软件算法实现数控， 你所提到的问题都会遇到， 或者说都是基本的问题。如果这些问题都搞不定， 即便你用硬件（诸如FPGA或专用ASIC）实现， 这些问题你也同样搞不定。
采用FPGA或专用ASIC实现难道就不考虑采样周期、滞后周期、插补迭代等问题吗？
硬件算法只是实现了并行计算，原来存在的问题一样存在。并且硬件芯片的设计， 对研发的要求更高， 不是一般的公司能够搞定的， 出现bug的可能性一样很多。如果掩膜量产以后， 升级的机会都没有， 出现问题， 整批报废！作为一个厂商， 产品交给用户以后， 如果出现这样的问题，如何向用户交代？
“中国芯在哪里？何年何月才有64位超高速中国芯？以后呢？128位？256位？
永远花大钱买升级！不另辟蹊路搞创新，至少在本人可以见到的时期内只能如此。 ”
不明白您老想说什么？
当前国际上的芯片不能够满足通用处理器的要求吗？ 诸如X86、ARM、DSP等芯片满足不了需求吗？
这一系列的芯片没有对中进行技术上的限制， 你所用到的和siemens等公司所用的是一样的芯片。
中国人是应该在芯片制造领域发展， 需要拥有自己的芯片。但这个跟目前的数控发展有必然的关系吗？即便有了中国人自己的通用芯片， 研发所需要做的工作还是一样，还是需要相应的操作系统、数控软件相支撑， 你所说的问题还是一样存在！
如果是中国自己设计专用芯片, 支撑实现算法的ASIC芯片还是需要一个带有操作系统的通用处理器平台， 该遇到的问题还是遇到。
在我的感觉是， 采用目前通用处理器搞不定的事情， 即便采用自己生产的芯片、或者采用自己设计的硬件专用芯片一样搞不定。
软件做不出来的东西， 难道你还指望硬件实现出来就一定没有问题？
工控产品最基本的一个要求是稳定！走路都走不稳， 想跑就困难了！
数控算法硬件实现是一个趋势， 在欧美大公司已经逐步开始向这个方向发展了。大公司做的产品都是一个系列集成发展的， 都有深厚的技术积累！
- 伺服电机定位精度、指令脉冲当...
[6706] - Windows系统下的实时性问题[8045]
- 伺服电机的几种制动方式分析[10847]
- 如何实现精确定位[5899]
- 请教:伺服电机在速度控制模式...[10510]
- 步进电机驱动器电源指示灯亮...[15632]
- 请教;步进电机驱动器的作用[6746]
- 关于伺服电机和步进电机的28...[10916]
- 请教高手，伺服参数自整定？[9448]
- 如何判断步进电机的好坏？[6001]
官方公众号
智造工程师
-
客服
-
小程序
-
公众号
工控网智造工程师好文精选
