[发明专利]数控机床闭环虚拟系统及其控制方法

权利要求书

1.一种数控机床闭环虚拟系统，其特征在于：具有中央控制卡(CPU)、电源模块(POWER)、伺服虚拟单元(SIM)、机床电气虚拟单元(MIO)及外围硬件电路，由电源模块提供工作电源，伺服虚拟单元(SIM)与数控机床的机床数控系统(CNC)轴控制器(ECDA)之间及机床电气虚拟单元(MIO)与数控机床I/O控制器(IO)之间进行控制或数据转换，伺服虚拟单元(SIM)及机床电气虚拟单元(MIO)分别与中央控制卡(CPU)相连，该中央控制卡(CPU)中存有机床闭环虚拟系统软件。

2.按权利要求1所述的数控机床闭环虚拟系统，其特征在于：所述伺服虚拟单元(SIM)内部具有FPGA，其包括总线接口模块、A/D采集控制状态机、存储模块、A/D采集时序控制模块、A/D采集通道控制模块、编码器反馈信号产生模块及逻辑轴位置测量模块，其中A/D采集时序控制模块在A/D采集控制状态机的控制下通过外围硬件电路中A/D转换器与机床数控系统(CNC)的伺服电机控制信号相连，并将该伺服电机控制信号采样后送至存储模块；A/D采集通道控制模块在A/D采集控制状态机的控制下通过外围硬件电路中的多路控制开关将多个外部模拟信号源分时输入给A/D转换器，转换后数据保存在上述存储模块中；编码器反馈信号产生模块在中央控制卡(CPU)的控制下产生编码器反馈信号经外围硬件电路中的差分信号产生器送至机床数控系统(CNC)，同时还送至逻辑轴位置测量模块，该逻辑轴位置测量模块经控制信号线及数据线与中央控制卡(CPU)相连。

3.按权利要求2所述的数控机床闭环虚拟系统，其特征在于：所述编码器反馈信号产生模块内部设置有任意频率发生模块、数据存储接口模块、回零控制单元、轴逻辑位置测量模块、方波处理模块及Z信号处理模块，其中任意频率发生模块接收中央控制卡(CPU)发送的配置数据，其产生所需频率通过方波处理模块及Z信号发生模块送至机床数控系统(CNC)，Z信号发生模块还接收数据存储接口模块的配置数据；回零控制单元接收Z信号发生模块产生的回零控制信号，并将回零控制信号送至轴逻辑位置测量模块，数据存储接口模块及轴逻辑位置测量模块与中央控制卡(CPU)相连。

4.按权利要求1～3中任何一项所述的数控机床闭环虚拟系统，其特征在于：所述各单元或模块为插卡式，通过总线底板实现互联。

5.一种数控机床闭环虚拟系统的控制方法，其特征在于具有以下步骤：

a.建立系统的数学模型；

b.对系统的控制信号进行检测并转化为数学参数，代入上述数学模型；

c.将在数学模型中进行计算所得到的控制参数转换为相应的反馈信号返回机床数控系统(CNC)；

d.机床数控系统(CNC)根据上述反馈信号输出下一控制周期的控制信号，转至步骤b，开始下一个控制周期。