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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?

运动控制 浏览:23023 回复:415 收藏

波恩  2010-02-07 10:00

  • 131 #
    2010-02-23 15:22
    数控算法是一个研究方向,算法的实现可以基于软CPU和硬CPU两种方式,但无可否认的是这都是在计算机科学基础上发展起来的。 至于操作系统,希望了解一下计算机及微电子的发展背景! 数控算法完全可以基于FPGA(硬IP核)等硬件实现,但大规模集成电路的发展需要一个过程。由于技术原因采用FPGA或者专用ASIC在以前是根本不可能的事情!因此采用通用处理器平台支撑的实时操作系统上运行数控算程序是最佳的一种方式。 即便目前,采用硬件描述语言实现的FPGA或专用ASIC芯片,仍然需要很长的研发周期及很大的研发资源!其复杂度比通用处理器上软件实现数控算法更大,研发成本更高。 请考虑一下其发展背景!目前欧美的大企业已经逐步加大了FPGA在数控中的应用,不排出某些数控算法已经用硬件芯片实现了!
  • 132 #
    2010-02-23 15:30
    采用目前的架构实现数控算法,不是发展方向出现了问题,是当时计算机及微电子的技术水平决定了的。采用VHDL实现控制算的硬件实现是一个发展趋势,但这个过程并不是简化了对计算机技术的依赖,实际上同采用软件算法实现想比,对研发人员的技术水平要求更高了! 从本质上来说,软件可以实现的东西,硬件都可以实现!
  • 能量控制 133 #
    2010-02-23 16:17

    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。

  • 波恩 134 #
    2010-02-23 17:20

    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?

     

  • 野夫 135 #
    2010-02-23 19:05
    在“插补时代”中,插补迭代控制算法的运算规则与实时操作系统的进程调度与线程调度规则结合在一起构成一种实时数字控制方法。在现有数字控制技术中,插补迭代算法与实时操作系统相结合所造成的严重后果是:
    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?

  • 我知道了