使用异步通信的运动控制系统和控制器及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动控制系统领域，特别是使用异步通信的运动控制系统及其方法的领域。
【背景技术】
[0002]在传统的运动控制系统中，完整系统被分为多个互相通信并需要彼此协调作用的子系统。对时间特性有限制的系统，交互必须以受控方式在给定时间间隔内完成。当系统中的设备数量增加时，问题将变得更加复杂；一个实际解决方案是使系统的最快部件具有最小时间段并使较慢部件具有多个最小时间段作为它们自己的周期。
[0003]通常情况下，上述策略是起作用的，但其具有至少以下这些缺点。如果具有不同周期的单元数量增加，其增加了系统的复杂性。尤其是，因为必须考虑历史记录，向系统中增加新的部件将变得更加困难。例如，在自动化机器中，对于该过程可能具有一合适的调整期，但不只是几分之一秒，如85微秒。能够以一周期相对较低的频率计算设定值，该周期是调整期的多倍，如170、340、680微秒或更大。传输位置数据的与驱动系统的通信应当服从这些时刻安排。只要整个系统是专有的，将不会产生任何问题，一旦系统期望同其它系统交互，这将成为问题。
[0004]可选择的解决方案是使得系统中断驱动。这当然可以解决这一问题，但是给系统增加了其它类型的复杂度。中断优先权的选择必须非常的仔细，并且运算能力必须保证没有功能失效的情况下解决最糟糕的情况，即所有的中断同时发生。这导致出对系统的超越规范和对系统时间特性的更少控制的需求。
[0005]进一步地，系统必须被设计成一列数据的丢失不会导致整个系统故障。这就需要像旧数据的外推法或是相同数据的再使用等策略。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的是提供一种使用异步通信的运动控制系统、控制器及其方法。
[0007]该运动控制系统包括:第一控制器，适于在一系列第一时钟顺序地准备多个数据并在一系列第二时钟持续传输数据直到其接到确认；第二控制器，适于接收数据并通过返回确认来回应所述数据的正确接收；其中，一系列第一时钟之间的间隔长于一系列第二时钟之间的间隔。
[0008]用于异步通信的第一控制器包括:第一应用模块，适于在一系列第一时钟顺序地准备多个数据并传输数据以响应于所述数据准备；第一通信模块，适于接收来自第一应用模块的数据并在一系列第二时钟持续传输数据直到其接到确认；其中，一系列第一时钟之间的间隔长于一系列第二时钟之间的间隔。
[0009]用于异步通信的第二控制器包括:第二通信模块，适于接收在一系列第二时钟传输的数据，并通过返回确认来回应所述数据的正确接收，其中数据在一系列第一时钟顺序地准备；其中，一系列第一时钟之间的间隔长于一系列第二时钟之间的间隔。
[0010]遥控设备的异步通信方法包括以下步骤:(a)在一系列第一时钟顺序地准备多个数据并在一系列第二时钟持续传输数据直到其接到确认；及(b)接收数据并通过返回确认来回应所述数据的正确接收；其中，一系列第一时钟之间的间隔长于一系列第二时钟之间的间隔。
[0011]通过以上设置，其能够提供至少以下一种技术效果:1.第一控制器和第二控制器之间的异步通信；2.具有不同时钟速率的两个控制器可以相互通信；3.通过以高于准备或使用数据所用频率的频率重新传输数据以避免丢失数据；4.重复使用第一时钟之间的间隔以一系列第二时钟传输数据。
【附图说明】
[0012]下面将参照下文中的附图描述的优选实施方案详细地描述本发明的主题，其中:
[0013]图1示出根据本发明实施例的使用异步通信的运动控制系统的框图；
[0014]图2示出根据图1的第一控制器和第二控制器之间通信的调度方案；
[0015]图3示出根据图1的运动控制系统的模块级别的框图；及
[0016]图4示出根据本发明的实施例的用于过程的示例性调度方案。
[0017]附图中使用的附图标记及其意义被列在附图标记列表的总结表中。一般而言，附图中相同的部件具有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0018]图1示出根据本发明的实施例的使用异步通信的运动控制系统的框图。如图1所示，所述运动控制系统I包括第一控制器10和第二控制器11。例如，第一控制器10和第二控制器11可通过可编程芯片实现，如现场可编程门阵列(FPGA)或是专用集成电路(ASIC)或是两者与中央处理器的组合。这样的硬件被设计成由使用者或是设计者在制造后进行配置的集成电路，因此是“现场可编程的”，这样其能够执行期望的功能，如控制、通信、传感、数据处理等。第一控制器10和第二控制器11通过网络12 (如现场总线)进行连接。现场总线是这里用于实时分散控制的工业通信网络协议的一种。
[0019]图2示出根据图1的第一控制器和第二控制器之间通信的调度方案。如图2所示，第一控制器10适于在一系列的第一时钟CLKl顺序地准备多个数据，并在一系列的第二时钟CLK2持续向第二控制器11传输数据，直到第一控制器10接收到由第二控制器11发出的确认；第二控制器11适于接收由第一控制器10传输的数据并通过向第一控制器10返回确认来回应所述数据的正确接收；一系列第一时钟CLKl之间的间隔长于一系列第二时钟CLK2之间的间隔，并短于或是等于数据使用所用的间隔。第一控制器10还适于传输下一数据以响应于第一控制器10接收第二控制器对当前数据的正确接收的确认。在第一时钟之间的间隔中，数据由第一控制器10在一系列的第二时钟传输，直到所述数据被第二控制器11正确接收。通过以上设置，其能够提供至少以下一种技术效果:1.第一控制器和第二控制器之间的异步通信；2.具有不同时钟速率的两个控制器可以相互通信；3.以高于准备或待使用所述数据所用频率的频率重新传输所述数据以避免丢失数据；4.重复使用第一时钟之间的间隔以一系列的第二时钟传输数据。
[0020]图3示出根据图1的运动控制系统的模块级别的框图。如图3所示，第一控制器10包括第一应用模块100和第一通信模块101 ;第二控制器11包括第二通信模块110。第一控制器10和第二控制器11的硬件，如现场可编程门阵列(FPGA)或是专用集成电路(ASIC)或是两者与中央处理器的组合，能够通过将程序的功能分离到独立的、可互换的模块中来进行模块化编程，这样每个都包含仅执行期望功能的一个方面所必需的所有东西。第一控制器10进行模块化编程使得:第一应用模块100适于数据准备并将数据发送给第一通信模块101以响应于数据准备，第一通信模块101适于接收数据并在一系列第二时钟传输数据。第二控制器11被模块化编程为使得第二通信模块110适于数据的接收并回应所述数据的正确接收。
[0021]例如，第一应用模块能够适于在一系列第一时钟的CLKl (i)顺序地准备数据Data(i)，其中i是表示范围从O到N的标引的自然数。第一应用模块100能够适于将Data(i)发送给第一通信模块101以响应Data(i)的准备，例如在相应的数据准备完成时/之后。第一通信模块能够适于在一系列的第二时钟CLK2向第二通信模块110传输数据Data(i)。第二通信模块110能够适于接收Data(i)并回应Data(i)的正确接收。响应于第一通信模块101接收第二通信模块110正确接收Data(i)的确认，第一通信模块101适于停止发送Data (i)直到其接收到第一应用模块100发送的Data(i+1)，并对Data(i+1)执行同样的过程。通过将控制器模块化程序，特别是将通信模块从应用模块中分离，有助于产生有效的且时间准确的通信和同步。
[0022]进一步参照图3，通过模块化