CN111966042B - 一种数控系统抗扰度的量化测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种数控系统抗扰度的量化测试系统及方法，在数控系统运行过程中控制线性模组重复完成设定动作，数据采集与控制装置通过光栅尺实时采集线性模组工作台的位置，并在相同的位置、速度和加速度条件下，触发电磁骚扰模拟装置对被测数控系统施加电磁骚扰。通读分析对比工作台在电磁骚扰施加前后的位置、速度和加速度曲线，实现对数控系统的抗扰度评估。

Description

一种数控系统抗扰度的量化测试系统及方法

技术领域

本发明涉及数控系统测试技术领域，更具体的说是涉及一种数控系统抗扰度的量化测试系统及方法。

背景技术

数控系统，是数字控制系统的简称(Numerical Control System)，根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与网络连接及进行远程通信的功能。

数控系统是数控机床等机械装备的核心，一般由数控装置、伺服装置等组成。数控系统工作于复杂电磁环境中，其抗扰度对控制精度和可靠性有重要影响。然而，目前数控系统的抗扰度测试主要以定性研究为主，主要通过视检的方式判断电磁骚扰对数控系统运行是否有明显影响，难以满足数控装备高速、高精、高可靠控制的发展需求。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种数控系统抗扰度的量化测试系统及方法，能够实现数控系统电磁骚扰抗扰度的精确量化分析。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种数控系统抗扰度的量化测试系统，包括：数据采集与控制装置，线性模组，电磁骚扰模拟装置和上位机；所述数据采集与控制装置分别与线性模组、电磁骚扰模拟装置和上位机数据连接；所述线性模组上安装有光栅尺，线性模组安装在数控机床上，用于测量机床滑台的位置，并将相应的位置数据发送至数据采集与控制装置；所述电磁骚扰模拟装置，用于向数控系统施加电磁骚扰信号；所述数据采集与控制装置，用于实时读取线性模组采集的位置数据，上传至上位机；并根据光栅尺实际位置读数和移动方向控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰信号；所述上位机，用于同数据采集与控制装置通信，接收位置数据，并对比数控系统在电磁骚扰施加前后，线性模组位置、速度和加速度的变化，通过预设的测试方法定量分析电磁骚扰对数控系统性能的影响。

进一步，所述数据采集与控制装置包括：光栅输入接口、实时以太网接口、外部数字量输出接口和FPGA芯片；FPGA芯片通过预设外围电路分别与光栅输入接口、实时以太网接口、外部数字量输出接口连接；所述光栅输入接口与光栅尺数据连接，实时以太网接口与上位机网络连接；外部数字量输出接口与电磁骚扰模拟装置连接，用于触发电磁骚扰模拟装置，对数控系统施加电磁干扰。

进一步，所述FPGA芯片上还设有事件触发器，所述事件触发器用于根据光栅尺实际位置读数和移动方向触发数字量输出接口，改变输出电平，从而控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰。

进一步，所述数据采集与控制装置还包括RS232/485接口，RS232/485接口分别与FPGA芯片、电磁骚扰模拟装置连接，用于通过通信的方式触发电磁骚扰模拟装置，对数控系统施加电磁干扰。

进一步，所述电磁骚扰模拟装置包括静电模拟发生器、脉冲群发生器、浪涌发生器、变频电源中的任一或任意组合。

相应的，本发明还公开了一种数控系统抗扰度的量化测试方法，包括如下步骤：

S1：数控系统按照预设控制程序运动，数据采集与控制装置按照预设采样周期采集一个动作循环内的光栅尺的测量数据，作为参考数据上传到上位机；

S2：触发骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰，数据采集与控制装置按照预设采样周期采集一个动作循环内的光栅尺测量数据，作为对比数据上传到上位机；

S3：上位机对参考数据和对比数据进行比对，若参考数据和对比数据之间的偏移量均小于等于预设阈值，则测试成功；否则，测试失败。

进一步，步骤S2具体为：

当线性模组的滑台到达设定的触发位置和运动方向时，事件触发器触发数字量输出接口，改变输出电平，控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰；数据采集与控制装置按照设定的采样周期采集一个动作循环内的光栅尺读数变化，并上传到上位机。

进一步，步骤S3具体为：

上位机根据参考数据计算出对应的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线；上位机根据对比数据计算出对应的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线；分别对两组数据的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线进行比对，若对应数据偏的移量均小于等于预设阈值，则测试成功；否则，测试失败。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提供了一种数控系统抗扰度的量化测试系统及方法，在数控系统运行过程中控制线性模组重复完成设定动作，数据采集与控制装置通过光栅尺实时采集线性模组工作台的位置，并在相同的位置、速度和加速度条件下，触发电磁骚扰模拟装置对被测数控系统施加电磁骚扰。通读分析对比工作台在电磁骚扰施加前后的位置、速度和加速度曲线，实现对数控系统的抗扰度评估。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1是本发明的系统结构图。

附图2是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

如图1所示的一种数控系统抗扰度的量化测试系统，包括：数据采集与控制装置，线性模组，电磁骚扰模拟装置和上位机；所述数据采集与控制装置分别与线性模组、电磁骚扰模拟装置和上位机数据连接。

所述线性模组上安装有光栅尺，线性模组安装在数控机床上，用于测量机床滑台的位置，并将相应的位置数据发送至数据采集与控制装置。

所述电磁骚扰模拟装置，用于向数控系统施加电磁骚扰信号；所述数据采集与控制装置，用于实时读取线性模组采集的位置数据，上传至上位机；并根据光栅尺实际位置读数和移动方向控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰信号。电磁骚扰模拟装置包括静电模拟发生器、脉冲群发生器、浪涌发生器、变频电源。

数据采集与控制装置包括：光栅输入接口、实时以太网接口、外部数字量输出接口、RS232/485接口和FPGA芯片；FPGA芯片通过预设外围电路分别与光栅输入接口、实时以太网接口、RS232/485接口、外部数字量输出接口连接；所述光栅输入接口与光栅尺数据连接，实时以太网接口与上位机网络连接；外部数字量输出接口与电磁骚扰模拟装置连接，用于触发电磁骚扰模拟装置，对数控系统施加电磁干扰。RS232/485接口与电磁骚扰模拟装置连接，用于通过通信的方式触发电磁骚扰模拟装置，对数控系统施加电磁干扰。

FPGA芯片上还设有事件触发器，所述事件触发器用于根据光栅尺实际位置读数和移动方向触发数字量输出接口或通过通信的方式触发RS232/485接口，从而控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰。

所述上位机，用于同数据采集与控制装置通信，接收位置数据，并对比数控系统在电磁骚扰施加前后，线性模组位置、速度和加速度的变化，通过预设的测试方法定量分析电磁骚扰对数控系统性能的影响。

相应的，如图2所示，本发明还公开了一种数控系统抗扰度的量化测试方法，包括如下步骤：

S1：数控系统按照预设控制程序运动，数据采集与控制装置按照预设采样周期采集一个动作循环内的光栅尺的测量数据，作为参考数据上传到上位机。本步骤实现了在没有电磁骚扰模拟条件下，光栅尺的测量数据采集。

S2：触发骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰，数据采集与控制装置按照预设采样周期采集一个动作循环内的光栅尺测量数据，作为对比数据上传到上位机。

本步骤实现了在施加电磁骚扰条件下，光栅尺的测量数据采集。具体来说：首先，当线性模组的滑台到达设定的触发位置和运动方向时，事件触发器触发数字量输出接口，改变输出电平，控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰；然后，数据采集与控制装置按照设定的采样周期采集一个动作循环内的光栅尺读数变化，并上传到上位机。

S3：上位机对参考数据和对比数据进行比对，若参考数据和对比数据之间的偏移量均小于等于预设阈值，则测试成功；否则，测试失败。

具体来说：首先通过上位机生成两组数据的曲线，上位机根据参考数据计算出对应的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线；上位机根据对比数据计算出对应的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线；分别对两组数据的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线进行比对，若对应数据偏的移量均小于等于预设阈值，则测试成功；否则，测试失败。

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (6)

1.一种数控系统抗扰度的量化测试系统，其特征在于，包括：数据采集与控制装置，线性模组，电磁骚扰模拟装置和上位机；所述数据采集与控制装置分别与线性模组、电磁骚扰模拟装置和上位机数据连接；

所述线性模组上安装有光栅尺，线性模组安装在数控机床上，用于测量机床滑台的位置，并将相应的位置数据发送至数据采集与控制装置；

所述电磁骚扰模拟装置，用于向数控系统施加电磁骚扰信号；

所述数据采集与控制装置，用于实时读取线性模组采集的位置数据，上传至上位机；并根据光栅尺实际位置读数和移动方向控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰信号；

所述上位机，用于同数据采集与控制装置通信，接收位置数据，并对比数控系统在电磁骚扰施加前后，线性模组位置、速度和加速度的变化，通过预设的测试方法定量分析电磁骚扰对数控系统性能的影响；

所述数据采集与控制装置包括：光栅输入接口、实时以太网接口、外部数字量输出接口和FPGA芯片；FPGA芯片通过预设外围电路分别与光栅输入接口、实时以太网接口、外部数字量输出接口连接；

所述光栅输入接口与光栅尺数据连接，实时以太网接口与上位机网络连接；外部数字量输出接口与电磁骚扰模拟装置连接，用于触发电磁骚扰模拟装置，对数控系统施加电磁干扰；

所述FPGA芯片上还设有事件触发器，所述事件触发器用于根据光栅尺实际位置读数和移动方向触发数字量输出接口，改变输出电平，从而控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰。

2.根据权利要求1所述的数控系统抗扰度的量化测试系统，其特征在于，所述数据采集与控制装置还包括RS232/485接口，RS232/485接口分别与FPGA芯片、电磁骚扰模拟装置连接，用于通过通信的方式触发电磁骚扰模拟装置，对数控系统施加电磁干扰。

3.根据权利要求1所述的数控系统抗扰度的量化测试系统，其特征在于，所述电磁骚扰模拟装置包括静电模拟发生器、脉冲群发生器、浪涌发生器、变频电源中的任一或任意组合。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述数控系统抗扰度的量化测试系统的量化测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：数控系统按照预设控制程序运动，数据采集与控制装置按照预设采样周期采集一个动作循环内的光栅尺的测量数据，作为参考数据上传到上位机；

S2：触发电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰，数据采集与控制装置按照预设采样周期采集一个动作循环内的光栅尺测量数据，作为对比数据上传到上位机；

S3：上位机对参考数据和对比数据进行比对，若参考数据和对比数据偏移量均小于等于预设阈值，则测试成功；否则，测试失败。

5.根据权利要求4所述的量化测试方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

当线性模组的滑台到达设定的触发位置和运动方向时，事件触发器触发数字量输出接口，改变输出电平，控制电磁骚扰模拟装置对数控系统施加电磁骚扰；

数据采集与控制装置按照设定的采样周期采集一个动作循环内的光栅尺读数变化，并上传到上位机。

6.根据权利要求4所述的量化测试方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

上位机根据参考数据计算出对应的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线；上位机根据对比数据计算出对应的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线；分别对两组数据的工作台的位置信息曲线、速度曲线和加速度曲线进行比对，若对应数据偏的移量均小于等于预设阈值，则测试成功；否则，测试失败。

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