CN116500971A - 面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置与方法，属于数控机床进给系统仿真技术领域，装置包括：计算机数控模块，用于生成运动控制指令；仿真与实时控制模块，用于搭建并运行多轴的进给系统伺服控制算法模型生成PWM波控制信号；电机与驱动模块，用于基于PWM波控制信号产生电磁力矩；机床进给系统机械模块，用于基于电磁力矩执行进给系统的机械运动；其中，计算机数控模块、电机与驱动模块和机床进给系统机械模块均为数控机床的实物结构，仿真与实时控制模块具有仿真结构。上述仿真装置结合了仿真系统和实际结构，并从单轴控制扩展到多轴协同，与实际数控机床进给系统的控制更加契合，算法研发与验证更加准确。
Description
技术领域
本发明属于数控机床进给系统仿真技术领域，更具体地，涉及一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置与方法。
背景技术
数控机床，作为一种高效率、高精度、高自动化的加工设备，应用范围涉及航空航天、汽车、核电、医疗机械、工程机械等领域，在制造业中具有十分重要的地位。进给系统是数控机床的重要组成部分，其控制精度直接影响整个机床的加工精度，研究高精度的进给系统对于提高机床的加工精度具有重要意义。
机床进给系统主要包含电机控制系统以及机械传动与执行系统，其接收上位数控系统发送的运动控制指令并控制机床各轴伺服电机运动，从而带动各机械部位运动。进给系统既要实现各运动部件之间的协调控制，也要满足数控加工的高性能指标要求，系统内部的电机伺服控制算法是其核心之一。
现有进给系统的电伺服控制算法研究通常包括三种方式。
第一种是在纯仿真环境下进行，即所有的部件均为仿真模块，由于仿真环境与实际环境存在差异，因此在纯仿真环境下不能复现实际机械系统的复杂特性，算法实际应用时的有效性无法保证。
第二种是完全基于实际产品进行研究，如专利“CN206820679U-一种新型数控机床用高精度永磁伺服电机驱动装置”，该专利为针对电机伺服控制系统的实际装置，伺服控制算法需集成到实际产品中，算法研发周期长且集成难度大，不便于对控制算法进行快速开发验证。
第三种是仅针对电机控制系统进行半实物仿真，如专利“CN207098977U-一种新型的数控机床用永磁伺服电机驱动控制系统”，该专利能实现对电机控制系统的半实物仿真，即包含仿真的控制模块和真实的电机驱动装置。由于实际的进给系统通常需要驱动多轴电机运动以实现各运动部件之间的协调控制，而对电机控制系统的半实物仿真只能用于单轴控制，实际算法应用时需要将算法集成到各类数字控制器中，集成难度大且开发周期长，同时也没有结合实际数控模块以及机械结构，仍然不能保证算法实际应用时的有效性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其目的在于考虑多轴协调运动，搭建面向整个数控机床进给系统的半实物联合仿真装置，实现进给系统电机伺服控制算法的快速开发与验证。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，包括：
计算机数控模块，用于解析加工程序并生成运动控制指令发送到仿真与实时控制模块；
仿真与实时控制模块，用于搭建多轴的进给系统伺服控制算法模型，接收所述运动控制指令和采样信息并基于所述进给系统伺服控制算法模型生成PWM波控制信号；
电机与驱动模块，用于基于所述PWM波控制信号产生电磁力矩提供给机床进给系统机械模块；
机床进给系统机械模块，具有多个进给系统机械结构，用于基于所述电磁力矩执行进给系统的机械运动；
数据采集模块，用于采集所述电机与驱动模块以及所述机床进给系统机械模块的运行信息以作为所述采样信息反馈给所述仿真与实时控制模块；
其中，所述计算机数控模块、电机与驱动模块和机床进给系统机械模块均为数控机床的实物结构，所述仿真与实时控制模块具有仿真结构。
在其中一个实施例中，所述仿真与实时控制模块包括软件部分和硬件部分，所述软件部分包含模型仿真软件以及模型控制软件，所述硬件部分包括总线通讯板卡、模型仿真板卡、数据处理板卡、电机控制板卡以及板卡间总线；其中，
所述模型仿真软件用于搭建进给系统伺服控制算法模型；
所述模型控制软件用于将所述进给系统伺服控制算法模型下载到所述模型仿真板卡中进行运行并在运行期间调整模型参数；
所述总线通讯板卡用于实现所述计算机数控模块与所述仿真与实时控制模块之间的通讯；
所述数据处理板卡用于接收所述采样信息并进行模数转换后发送给模型仿真板卡；
所述模型仿真板卡用于运行所述进给系统伺服控制算法模型并基于所述进给系统伺服控制算法模型控制所述总线通讯板卡、数据处理板卡和电机控制板卡；
所述电机控制板卡用于生成所述PWM波控制信号并提供给所述电机与驱动模块。
在其中一个实施例中，所述软件部分安装于具有人机交互界面的PC端，基于所述人机交互界面实现对所述进给系统伺服控制算法模型的控制以及展示所述数据处理板卡处理后的采样信息。
在其中一个实施例中，所述硬件部分为dSPACE组件，所述模型仿真软件为simulink，所述模型控制软件为dSPACEControlDesk，所述模型仿真软件构建的进给系统伺服控制算法模型经编译得到C语言文件后经dSPACEControlDesk烧写至dSPACE组件中的模型仿真板卡中。
在其中一个实施例中，所述总线通讯板卡与所述计算机数控模块两者之间应用层协议基于CANOPEN、两者之间底层通讯协议基于EtherCAT；其中，所述计算机数控模块作为主站，所述总线通讯板卡作为支持Ethercat协议的从站，从站描述文件为edb格式，主站基于所述描述文件识别从站并建立通讯链接。
在其中一个实施例中，所述总线通讯板卡与所述计算机数控模块通过以太网通讯。
在其中一个实施例中，所述进给系统伺服控制算法模型包含一个总线通讯单元和多个独立的伺服控制单元，所述总线通讯单元用于处理计算机数控模块发送的运动控制指令并解析后提供给关心的伺服控制单元以使伺服控制单元独立控制对应的进给系统的单轴运动。
在其中一个实施例中，所述进给系统伺服控制算法模型设置有PWM波中断、分布式时钟中断和同步管理器中断：
当所述总线通讯单元接收到运动控制指令后，触发同步管理器中断，执行SM2中断任务，包括将接收到的运动控制指令进行存储；
当出现所述分布式时钟中断时，执行分布式时钟中断任务，包括将存储的所述运动控制指令发送给对应的伺服控制单元；
当出现所述PWM波中断时，执行PWM波中断任务，包括各所述伺服控制单元进行伺服计算并得到对应进给系统的PWM波控制信号；
其中，所述SM2中断任务、所述分布式时钟中断任务和所述PWM波中断任务的优先级依次降低；
其中，所述分布式时钟中断与所述计算机数控模块发送所述运动控制指令的时钟保持同步，且所述分布式时钟中断滞后于所述同步管理器中断，滞后时长保证所述总线通讯单元完成运动控制指令的存储；所述PWM波中断的周期为各所述伺服控制单元执行伺服运算的运算周期，所述分布式时钟中断的周期是所述PWM波中断周期的整数倍，所述分布式时钟中断与所述PWM波中断的触发沿对齐。
在其中一个实施例中，各所述伺服控制单元将接收到的运动位置指令按照自身的运算周期进行细分处理，得到对应每个运算周期的计算量。
按照本发明的一个方面，提供了一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真方法，在仿真与实时控制模块中搭建多轴的进给系统伺服控制算法模型，基于上述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置对进给系统伺服控制算法模型中的伺服算法进行验证。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其结合了仿真模块和实际结构，可用于进给系统电机伺服控制算法的相关研究，相比于完全依靠实际产品进行验证，缩短了算法研发周期，减少了人力和时间成本，不需要将算法集成到实际控制器中就能对算法进行快速验证，使得整个算法研发流程更加简单快速。
(2)本发明提供一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，仿真装置结合了数控机床实际机械系统，相比于纯仿真环境下的半实物仿真环境，算法研发与验证更加准确，在实际运行环境中研究验证有效的算法可以直接应用到控制器产品中，大大减少了算法在实际产品应用时的调试工作。
(3)本发明提供一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，仿真装置结合了实际数控模块，进给系统相关算法研究从单轴控制扩展到多轴协同，与实际数控机床进给系统的控制更加契合，算法研发与验证更加准确。
进一步地，由于在模型仿真板卡运行多轴进给系统控制模型时，会存在多个事件，多个事件是不能同时进行的，一旦同时被触发，若不加约束，可能会使得运行紊乱，通过设置PWM波中断、分布式时钟中断并加入同步管理器中断信号并对各中断任务按照一定优先级排序，既可以保证主从站信号传输的同步，还能够保证伺服控制的可控性。
附图说明
图1为一实施例的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置地结构示意图；
图2为一实施例的多轴的进给系统伺服控制算法模型示意图；
图3为一实施例的PWM波中断、分布式时钟中断、同步管理器中断信号地时序图；
图4为一实施例的总线通讯单元执行数据存储和数据中转的结构示意图；
图5为一实施例的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置的控制过程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示为一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置地结构框图，其主要包括计算机数控模块、仿真与实时控制模块、电机与驱动模块、机床进给系统机械模块、数据采集模块。其中，仿真与实时控制模块、电机与驱动模块构成电机控制系统，常规的半实物仿真装置仅搭建电机控制系统，而本发明的半实物仿真装置则面向整个数控机床。
其中，计算机数控模块连接到仿真与实时控制模块，数控模块解析加工程序并生成运动控制指令发送到仿真与实时控制模块。
仿真与实时控制模块用于搭建进给系统伺服控制算法模型并实时监测和运行模型、接收处理数控模块运动控制指令以及反馈控制信息、处理数据采集模块的采样数据、提供PWM波控制信号给电机与驱动模块。其中，进给系统伺服控制算法模型即为需要进行研究和验证的算法模型。
电机与驱动模块基于PWM波控制信号产生电磁力矩提供给机床进给系统机械模块。
机床进给系统机械模块为机床进给系统机械结构部分，包括多轴进给系统的多个机械结构，其传递力矩并执行运动控制指令。其中，每一轴控制一个电机，每个电机带动一个机械结构执行运行，从而实现多轴协调运动。
数据采集模块采集电机与驱动模块以及机床进给系统机械模块物理信息并提供给仿真与实时控制模块。反馈的物理信息包括各轴电机三相电流和实际位置等。
上述面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，计算机数控模块、电机与驱动模块和机床进给系统机械模块均为数控机床的实物结构，仿真与实时控制模块具有仿真结构(进给系统伺服控制算法模型)，即，通过仿真建立待验证的算法模型，其他关联结构均为数控机床的实际结构，通过构建半实物联合仿真装置，能够实现进给系统电机伺服控制算法的快速开发与验证，并保证算法实际应用时的有效性。
在一实施例中，计算机数控模块解析的加工程序由G代码编写。数控模块由硬件和软件组成，硬件设备包括计算机主板和操作面板；软件包括系统软件、管理软件和控制软件。计算机数控模块具备控制功能、编程功能和通讯功能，其与仿真与实时控制模块基于工业现场总线通讯。
具体的，计算机数控模块下发的控制指令包含各轴位置指令和控制字等，其接收的反馈控制信息包括各轴实际位置和状态字等。计算机数控模块与仿真与实时控制模块底层通讯协议基于EtherCAT，应用层协议基于CANOPEN，例如DS402，协议规定了二者之间数据交互的具体内容，数控模块下发的位置控制指令通过解析G代码产生。
在一实施例中，仿真与实时控制模块包含软件部分和硬件部分，软件部分包含模型仿真软件以及模型控制软件。模型仿真软件用于搭建进给系统电机伺服控制算法模型；模型控制软件具备模型下载与调试、模型运行时的实时监测与控制以及人机交互功能。硬件部分包含总线通讯板卡、模型仿真板卡、数据处理板卡、电机控制板卡以及板卡间总线。其中，总线通讯板卡与计算机数控模块基于工业现场总线通讯；模型仿真板卡实际运行伺服控制算法模型；电机控制板卡提供PWM波控制信号。数据处理板卡接收数据采集模块提供的模拟信号并进行模数转换，板卡间总线用于各板卡数据交互。
具体的，仿真与实时控制模块的硬件部分为dSPACE组件，软件部分安装在PC端。仿真与实时控制模块中模型仿真软件为simulink，模型控制软件为dSPACE ControlDesk，模型编译得到的下载文件为C语言文件，烧写过程基于dSPACE ControlDesk，下载文件将会被下载到dSPACE模型仿真板卡中。模型控制软件与dSPACE板卡之间基于以太网通讯，控制和监视过程基于软件端的人机交互界面来实现，监视数据可选为位置，速度，电流等。
在一实施例中，模型仿真软件中搭建的多轴进给系统控制模型结构示意图如图2，模型包括一个总线通讯单元和多个伺服控制单元，例如三个伺服控制单元，分别控制X、Y和Z轴进给系统机械结构。每个伺服控制单元独立控制进给系统的单轴运动。总线通讯单元接收数控系统下发的运动控制指令并进行处理得到各轴的位置控制指令，各伺服控制单元基于对应轴的位置控制指令进行运算生成对应轴的PWM波控制信号，同时向总线通讯单元提供反馈信息，反馈信息内容基于DS402协议。运算包括位置指令细分、位置环运算、速度环运算、电流环运算以及SVPWM调制过程。其中，总线通讯单元提供的位置指令用于位置指令细分，细分是将数控模块下发的位置指令按照伺服控制器自身的运算周期进行处理。反馈信息中的电机实际位置用于位置环和电流环运算，电机实际位置数字微分后的结果用于速度环运算，三相电流用于电流环运算，SVPWM调制过程用于产生PWM控制信号。
可以理解的，搭建的多轴进给系统控制模型，在进行验证时，可以灵活选择其中的一个轴或多个轴进行算法验证。其中，对于仿真与实时控制模块中搭建以及运行的模型，其伺服控制算法可采用各类复杂控制算法，不局限于常规的电机三闭环反馈控制方法，可采用滑膜控制、自抗扰、模型跟踪、模型预测等，仿真与实时控制模块具备足够的算力支持。
当在模型仿真板卡运行多轴进给系统控制模型时，会存在多个事件，其既要使总线通讯单元按照一定的频率接收并存储通过总线通讯板卡获取到的计算机数控模块下发的运动控制指令，又要使各轴伺服控制单元按照一定的频率进行伺服运算，多个事件是不能同时进行的，一旦同时被触发，若不加约束，可能会使得运行紊乱。
为克服上述问题，在一实施例中，在进给系统伺服控制算法模型设置PWM波中断、分布式时钟中断和同步管理器中断：
当所述总线通讯单元接收到运动控制指令后，触发同步管理器中断，执行SM2中断任务，包括将接收到的运动控制指令进行存储；
当所述分布式时钟中断产生时，执行分布式时钟中断任务，包括将存储的所述运动控制指令发送给对应的伺服控制单元；
当所述PWM波中断产生时，执行PWM波中断任务，包括各所述伺服控制单元进行伺服计算并得到对应进给系统的PWM波控制信号。
其中，所述SM2中断任务、所述分布式时钟中断任务和所述PWM波中断任务的优先级依次降低。
如图3所示，所述分布式时钟中断与所述计算机数控模块发送所述运动控制指令的时钟保持同步，且考虑到数据存储需要一定的时间，所述分布式时钟中断滞后于所述同步管理器中断，滞后时长保证所述总线通讯单元完成运动控制指令的存储，即当数据存储完毕后，再中转给各伺服控制单元。所述PWM波中断的周期为各所述伺服控制单元执行伺服运算的运算周期，所述分布式时钟中断的周期是所述PWM波中断周期的整数倍，所述分布式时钟中断与所述PWM波中断的触发沿对齐。当PWM波中断与所述分布式时钟中断同时触发时，根据优先级，先执行分布式时钟中断任务后再执行PWM波中断任务，由于分布式时钟中断任务仅为将存储的数据传送给各伺服控制单元，即实现数据中转，耗时非常短，对PWM波中断任务的执行基本不影响。
需要说明的是，若不设置分布式时钟中断，由于同步管理器中断信号是基于运动控制指令被动触发的信号，因此无法实现主站与从站的时钟同步。若不加入同步管理器中断信号，依赖分布式时钟中断，需要在执行分布式时钟中断任务时，不仅要完成数据的存储，还要完成数据的中转，耗时较长，导致PWM波中断任务延时太长，整个伺服控制不可控。因此，通过设置PWM波中断、分布式时钟中断并加入同步管理器中断信号，既可以保证主从站信号传输的同步，还能够保证伺服控制的可控性。
对于计算机数控模块和仿真与实时控制模块两者之间的信号传输与处理过程，以一具体的例子说明。计算机数控模块上具有扩展的物理接口，其基于标准的以太网接口；仿真与实时控制模块中的总线通讯板卡具有以太网接口并支持Ethercat协议，以计算机数控模块作为主站，以总线通讯板卡作为从站，从站描述文件为edb格式，主站基于该文件识别从站并建立通讯链接。其中，总线通讯板卡与计算机数控模块之间应用层协议基于CANOPEN，也即要求多轴进给系统模型中存在对象字典，二者初始配置信息基于SDO(过程数据对象)，周期通讯数据基于PDO(服务数据对象)，多轴进给系统模型中需存在PDO控制单元。
如图4所示，总线通讯单元内部设有中断模块，可以按照设定频率产生分布式时钟中断，分布式时钟中断周期为1ms，且分布式时钟中断滞后于同步管理器中断信号。具体而言，从站具有分布式时钟，主站也会设置分布式时钟，两时钟保持同步，便能实现主站与从站的同步，而本申请需要分布式时钟中断滞后于同步管理器中断信号，也即从站的分布式时钟滞后于主站的分布式时钟，例如滞后40us。主站基于自身的分布式时钟发送运动控制指令，从站接收到运动控制指令时，触发同步管理器中断信号，执行SM2中断任务，将接收到的运动控制指令进行存储，本实施例是基于PDO控制单元将运动控制指令存入对象字典中。同步管理器中断信号被触发后经过一定延时，分布式时钟中断和PWM波中断产生(图中未示出)，PWM波中断的周期可以为100us。由数据中转单位执行分布式时钟中断任务，包括将存储的所述运动控制指令发送给对应的伺服控制单元，一旦中转完毕则立即执行PWM波中断任务，包括各所述伺服控制单元进行伺服计算并得到对应进给系统的PWM波控制信号。
其中，电机与驱动模块包括多个逆变器和电机，各逆变器和电机可以不同。在一实施例中，电机与驱动模块包括X、Y和Z轴的逆变器和电机，各轴电机均为永磁同步电机，逆变器功率器件为IGBT。在PWM波控制信号的作用下，IGBT将周期性导通产生特定三相电压提供给永磁同步电机，特定三相电压在永磁同步电机的定子中产生旋转磁场带动电机转子运动，最终为机械传动与执行模块提供电磁力矩。具体的，电机包括步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机和直线电机。逆变器和电机最大数量由仿真与实时控制模块的硬件算力和接口数量决定。
其中，机床进给系统机械模块包括多个实际的进给系统机械结构，进给系统机械结构的个数上限同样由仿真与实时控制模块的硬件算力和接口数量决定。在一实施例中，机床进给系统机械模块包括X、Y和Z轴进给系统机械结构，对应三轴数控机床，各轴传动机构均为联轴器加滚珠丝杠，其中联轴器连接电机轴与丝杠，丝杠螺母与工作台直连，电机提供的电磁力矩经由联轴器和滚珠丝杠传递给工作台并驱使工作台位移，整个机械传动与执行模块将旋转运动变为直线运动。
在一实施例中，数据采集模块包括电流采样单元和位置传感器，电流采样单元采集电机三相电流。可选的，位置传感器为编码器，位置传感器与电机一同安装，采集电机旋转时的角度信息。可选的，数据采集模块包括力矩传感器和温度传感器，力矩传感器采集电机输出扭矩大小，温度传感器监视电机壳体温度。数据采集模块采集的信息不局限于控制闭环内的信息，具有较广的信息采集范围，能针对不同的算法研究场景。
图5为本发明实施例一种面向数控机床多轴进给系统半实物联合仿真装置的控制过程流程图，整个控制流程包含以下步骤：
步骤S1：计算机数控模块下发运动控制指令；
步骤S2：仿真与实时控制模块中总线通讯单元接收运动控制指令并处理得到各轴位置指令；
步骤S3：仿真与实时控制模块中各轴伺服控制单元基于各轴位置指令和反馈信息经过运算后产生各轴PWM控制信号；
步骤S4：各轴逆变器基于PWM控制信号产生电压驱动各轴电机运动并提供电磁力矩；
步骤S5：各轴传动机构传递力矩使工作台执行运动指令。
相应地，本发明还涉及一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真方法，其特征在于，在仿真与实时控制模块中搭建多轴的进给系统伺服控制算法模型，基于上文介绍的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置对进给系统伺服控制算法模型中的伺服算法进行验证。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，包括：
计算机数控模块，用于解析加工程序并生成运动控制指令发送到仿真与实时控制模块；
仿真与实时控制模块，用于搭建多轴的进给系统伺服控制算法模型，接收所述运动控制指令和采样信息并基于所述进给系统伺服控制算法模型生成PWM波控制信号；
电机与驱动模块，用于基于所述PWM波控制信号产生电磁力矩提供给机床进给系统机械模块；
机床进给系统机械模块，具有多个进给系统机械结构，用于基于所述电磁力矩执行进给系统的机械运动；
数据采集模块，用于采集所述电机与驱动模块以及所述机床进给系统机械模块的运行信息以作为所述采样信息反馈给所述仿真与实时控制模块；
其中，所述计算机数控模块、电机与驱动模块和机床进给系统机械模块均为数控机床的实物结构，所述仿真与实时控制模块具有仿真结构。
2.如权利要求1所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述仿真与实时控制模块包括软件部分和硬件部分，所述软件部分包含模型仿真软件以及模型控制软件，所述硬件部分包括总线通讯板卡、模型仿真板卡、数据处理板卡、电机控制板卡以及板卡间总线；其中，
所述模型仿真软件用于搭建进给系统伺服控制算法模型；
所述模型控制软件用于将所述进给系统伺服控制算法模型下载到所述模型仿真板卡中进行运行并在运行期间调整模型参数；
所述总线通讯板卡用于实现所述计算机数控模块与所述仿真与实时控制模块之间的通讯；
所述数据处理板卡用于接收所述采样信息并进行模数转换后发送给模型仿真板卡；
所述模型仿真板卡用于运行所述进给系统伺服控制算法模型并基于所述进给系统伺服控制算法模型控制所述总线通讯板卡、数据处理板卡和电机控制板卡；
所述电机控制板卡用于生成所述PWM波控制信号并提供给所述电机与驱动模块。
3.如权利要求2所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述软件部分安装于具有人机交互界面的PC端，基于所述人机交互界面实现对所述进给系统伺服控制算法模型的控制以及展示所述数据处理板卡处理后的采样信息。
4.如权利要求2所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述硬件部分为dSPACE组件，所述模型仿真软件为simulink，所述模型控制软件为dSPACE ControlDesk，所述模型仿真软件构建的进给系统伺服控制算法模型经编译得到C语言文件后经dSPACE ControlDesk烧写至dSPACE组件中的模型仿真板卡中。
5.如权利要求2所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述总线通讯板卡与所述计算机数控模块两者之间应用层协议基于CANOPEN、两者之间底层通讯协议基于EtherCAT；其中，所述计算机数控模块作为主站，所述总线通讯板卡作为支持Ethercat协议的从站，从站描述文件为edb格式，主站基于所述描述文件识别从站并建立通讯链接。
6.如权利要求5所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述总线通讯板卡与所述计算机数控模块通过以太网通讯。
7.如权利要求1所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述进给系统伺服控制算法模型包含一个总线通讯单元和多个独立的伺服控制单元，所述总线通讯单元用于处理计算机数控模块发送的运动控制指令并解析后提供给关心的伺服控制单元以使伺服控制单元独立控制对应的进给系统的单轴运动。
8.如权利要求7所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，所述进给系统伺服控制算法模型设置有PWM波中断、分布式时钟中断和同步管理器中断：
当所述总线通讯单元接收到运动控制指令后，触发同步管理器中断，执行SM2中断任务，包括将接收到的运动控制指令进行存储；
当出现所述分布式时钟中断时，执行分布式时钟中断任务，包括将存储的所述运动控制指令发送给对应的伺服控制单元；
当出现所述PWM波中断时，执行PWM波中断任务，包括各所述伺服控制单元进行伺服计算并得到对应进给系统的PWM波控制信号；
其中，所述SM2中断任务、所述分布式时钟中断任务和所述PWM波中断任务的优先级依次降低；
其中，所述分布式时钟中断与所述计算机数控模块发送所述运动控制指令的时钟保持同步，且所述分布式时钟中断滞后于所述同步管理器中断，滞后时长保证所述总线通讯单元完成运动控制指令的存储；所述PWM波中断的周期为各所述伺服控制单元执行伺服运算的运算周期，所述分布式时钟中断的周期是所述PWM波中断周期的整数倍，所述分布式时钟中断与所述PWM波中断的触发沿对齐。
9.如权利要求8所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置，其特征在于，各所述伺服控制单元将接收到的运动位置指令按照自身的运算周期进行细分处理，得到对应每个运算周期的计算量。
10.一种面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真方法，其特征在于，在仿真与实时控制模块中搭建多轴的进给系统伺服控制算法模型，基于权利要求1至9任一项所述的面向数控机床多轴进给系统的半实物联合仿真装置对进给系统伺服控制算法模型中的伺服算法进行验证。
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