feat: 实现 Axis 核心属性与 MC_Power 功能块
- Axis: 新增运动学/功率/错误管理属性（_position 等 10+ 项） - Axis: 新增 doPower()/readState()/cycle() 接口骨架 - MC_Power: 实现功率使能功能块（边沿检测 + 状态输出） - GlobalResource: 新增 CreateAxis/GetAxisRefById 全局轴管理 - App/CMakeLists.txt: 添加 GlobalResource.cpp 源文件 - docs: 更新 Axis 属性清单与 MC_Power 设计文档
This commit is contained in:
chen
+110
-75
@@ -2,11 +2,31 @@
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`Axis` 是 PLCopen 运动控制库的核心仿真类，实现 IEC 61131-3 单轴状态机与运动学。
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## 设计决策
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### 可见性：运动学属性为 `private`
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功能块不直接读写轴内部状态，而是通过 `AXIS_REF` 调用公开接口。这是 IEC 61131-3 的标准模式——轴是功能块黑盒：
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```
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功能块 (MC_MoveAbsolute) Axis
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───────────────────── ─────────────
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AXIS_REF → axis private: position_, velocity_, ...
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axis.acceptCommand(cmd) ──────→ 只有 cycle() 能写运动学数据
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axis.readActualPosition() ←─── public: getter 只读
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```
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> 运动控制线程定时调用 `cycle()` 独占写权限，避免数据竞争。
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### 数值类型：浮点 `REAL` (double)
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遵循 IEC 61131-3 / PLCopen 规范，使用 `double` 表示物理量（mm、°/s 等）。`double` 有 52 位尾数（约 15 位十进制有效数字），以 10ms 周期运行 1 小时，累积的浮点舍入误差在 $10^{-10}$ 量级，工程上可完全忽略。若未来对接真实驱动器，在数据交换层做脉冲数换算即可。
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## 1. 当前已实现
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### 1.1 轴标识与自引用 — `AXIS_REF ref_`
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### 1.1 轴标识与自引用 — `AXIS_REF _ref` (private)
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| 字段 | 类型 | 说明 |
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|------|------|------|
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@@ -14,47 +34,54 @@
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| `axisName` | `std::string` | 轴名称，默认 `"Axis1"` |
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| `axis` | `Axis*` | 指向自身实例的指针，供功能块间接访问轴对象 |
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> `AXIS_REF` 在 IEC 61131-3 中是 `VAR_IN_OUT` 参数，本实现中构造时自绑定。
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### 1.2 轴状态 — `MC_AXIS_STATE _state` (private)
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### 1.2 轴状态 — `MC_AXIS_STATE state_`
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当前状态，初始值 `Disabled`。新增辅助状态 `_resultingState` 用于记录指令完成后的目标状态。
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当前状态机状态，初始值为 `Disabled`。可能的取值：
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状态转换由 `cycle()` 方法驱动（逻辑待实现）。
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```
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Disabled → Standstill → DiscreteMotion / ContinuousMotion / Homing
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→ Stopping
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ErrorStop
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SynchronizedMotion (预留)
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```
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### 1.3 运动学属性 (private) ✅
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状态转换由 `cycle()` 方法驱动（尚未实现）。
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### 1.3 构造函数
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```cpp
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explicit Axis(UINT axisNo = 1, std::string name = "Axis1");
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```
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||||
初始化 `ref_` 并自绑定 `axis` 指针，`state_` 默认 `Disabled`。
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## 2. 必须扩展的属性（待实现）
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按照 PLCopen 规范，完整的轴模型还需以下属性。
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### 2.1 运动学属性
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`cycle()` 独占写入；外部通过 `readXxx()` 只读访问。
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| 属性 | 类型 | 说明 |
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|------|------|------|
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| `position_` | `REAL` | 当前指令位置 |
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| `actualPosition_` | `REAL` | 当前实际位置 |
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| `velocity_` | `REAL` | 当前速度 |
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| `actualVelocity_` | `REAL` | 实际速度 |
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| `acceleration_` | `REAL` | 当前加速度 |
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| `deceleration_` | `REAL` | 当前减速度 |
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||||
| `_position` | `REAL` | 当前指令位置 |
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| `_actualPosition` | `REAL` | 当前实际位置（含跟随误差仿真） |
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||||
| `_velocity` | `REAL` | 当前指令速度 |
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| `_actualVelocity` | `REAL` | 当前实际速度 |
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||||
| `_acceleration` | `REAL` | 当前指令加速度 |
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||||
| `_actualAcceleration` | `REAL` | 当前实际加速度 |
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||||
| `_deceleration` | `REAL` | 减速度（尚未添加） |
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### 2.2 活动指令 — `MotionCommand activeCommand_`
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### 1.4 功率与使能 (private) ✅
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| 属性 | 类型 | 说明 |
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|------|------|------|
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| `_powerEnabled` | `BOOL` | 功率级是否使能 |
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||||
| `_homed` | `BOOL` | 是否已完成回零 |
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### 1.5 错误管理 (private) ✅
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| 属性 | 类型 | 说明 |
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|------|------|------|
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||||
| `_errorId` | `MC_ERROR_ID` | 当前错误码，`mcNoError` 表示正常 |
|
||||
| `_errorStop` | `BOOL` | 是否触发错误停止 |
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||||
### 1.6 构造函数 & cycle() (public)
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```cpp
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||||
explicit Axis(UINT axisNo = 1, std::string name = "Axis1");
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||||
void cycle(); // 骨架已生成，逻辑待实现
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```
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||||
初始化 `_ref` 并自绑定 `axis` 指针，`_state` 默认 `Disabled`。
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---
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## 2. 待实现的属性与方法
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### 2.1 活动指令 — `MotionCommand _activeCommand` (private)
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||||
当前正在执行的运动指令参数快照，类型为 `MotionCommand`：
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@@ -69,61 +96,69 @@ explicit Axis(UINT axisNo = 1, std::string name = "Axis1");
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||||
| `homePosition` | `REAL` | 回零位置 |
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||||
| `resultingState` | `MC_AXIS_STATE` | 指令完成后要进入的状态 |
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### 2.3 功率与使能
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||||
### 2.2 待补充的运动学属性
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||||
| 属性 | 类型 | 说明 |
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|------|------|------|
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||||
| `powerEnabled_` | `BOOL` | 功率级是否使能 |
|
||||
| `homed_` | `BOOL` | 是否已完成回零 |
|
||||
| 属性 | 说明 |
|
||||
|------|------|
|
||||
| `_deceleration` | 减速度（已有 `_acceleration`，缺独立减速参数） |
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||||
### 2.4 错误管理
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||||
| 属性 | 类型 | 说明 |
|
||||
|------|------|------|
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||||
| `errorId_` | `MC_ERROR_ID` | 当前错误码，`mcNoError` 表示正常 |
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||||
| `errorStop_` | `BOOL` | 是否触发错误停止 |
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||||
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||||
### 2.5 轴状态机方法 — `cycle()`
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||||
### 2.3 轴状态机方法 — `cycle()` (public, 实现待完成)
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```cpp
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||||
void cycle(REAL deltaTime);
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||||
void cycle();
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```
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||||
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||||
每周期由应用层调用，执行：
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||||
1. 根据 `activeCommand_` 计算运动学输出
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||||
2. 更新 `position_` / `velocity_`
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||||
每周期由运动控制线程调用，待实现逻辑：
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||||
1. 根据 `_activeCommand` 计算运动学输出
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||||
2. 更新 `_position` / `_velocity` 等
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||||
3. 评估状态转换条件
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||||
4. 在离散运动到达目标时自动切换到 `Standstill`
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### 2.6 功能块交互接口
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### 2.4 功能块交互接口 (public, 全部待实现)
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| 方法 | 说明 |
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|------|------|
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||||
| `acceptCommand(const MotionCommand&)` | 接收功能块下发的运动指令 |
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||||
| `doPower(BOOL enable)` | 功率使能/去使能 |
|
||||
| `doStop()` / `doHalt()` | 停止 / 暂停 |
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||||
| `doReset()` | 从 ErrorStop 恢复 |
|
||||
| `doHome(REAL homePos)` | 发起回零 |
|
||||
| `readStatus()` | 读取当前状态快照 |
|
||||
| `readError()` | 读取当前错误码 |
|
||||
| 方法 | 可见性 | 说明 |
|
||||
|------|--------|------|
|
||||
| `acceptCommand(const MotionCommand&)` | public | 接收功能块下发的运动指令 |
|
||||
| `doPower(BOOL enable)` | public | 功率使能/去使能 |
|
||||
| `doStop()` / `doHalt()` | public | 停止 / 暂停 |
|
||||
| `doReset()` | public | 从 ErrorStop 恢复 |
|
||||
| `doHome(REAL homePos)` | public | 发起回零 |
|
||||
| `readStatus()` | public | 读取当前状态快照 |
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||||
| `readActualPosition()` | public | 读取实际位置 |
|
||||
| `readActualVelocity()` | public | 读取实际速度 |
|
||||
| `readError()` | public | 读取当前错误码 |
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---
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## 3. 完整属性清单（含待实现）
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## 3. 完整属性清单
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```
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private
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───────
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Axis
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├── ref_ (AXIS_REF) ✅ 已实现
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├── state_ (MC_AXIS_STATE) ✅ 已实现
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||||
├── position_ (REAL) ⬜ 位置
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||||
├── actualPosition_ (REAL) ⬜ 实际位置
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||||
├── velocity_ (REAL) ⬜ 速度
|
||||
├── actualVelocity_ (REAL) ⬜ 实际速度
|
||||
├── acceleration_ (REAL) ⬜ 加速度
|
||||
├── deceleration_ (REAL) ⬜ 减速度
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||||
├── activeCommand_ (MotionCommand) ⬜ 活动指令
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||||
├── powerEnabled_ (BOOL) ⬜ 功率使能
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||||
├── homed_ (BOOL) ⬜ 回零完成
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||||
├── errorId_ (MC_ERROR_ID) ⬜ 错误码
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||||
└── errorStop_ (BOOL) ⬜ 错误停止
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||||
├── _ref (AXIS_REF) ✅
|
||||
├── _state (MC_AXIS_STATE) ✅
|
||||
├── _resultingState (MC_AXIS_STATE) ✅ 指令完成目标状态
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||||
├── _position (REAL) ✅
|
||||
├── _actualPosition (REAL) ✅
|
||||
├── _velocity (REAL) ✅
|
||||
├── _actualVelocity (REAL) ✅
|
||||
├── _acceleration (REAL) ✅
|
||||
├── _actualAcceleration (REAL) ✅
|
||||
├── _deceleration (REAL) ⬜ 待添加
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||||
├── _powerEnabled (BOOL) ✅
|
||||
├── _homed (BOOL) ✅
|
||||
├── _errorId (MC_ERROR_ID) ✅
|
||||
├── _errorStop (BOOL) ✅
|
||||
└── _activeCommand (MotionCommand) ⬜ 活动指令
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||||
|
||||
public
|
||||
──────
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||||
Axis(axisNo, name) ✅
|
||||
cycle() 🟡 骨架已就绪
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||||
acceptCommand(cmd) ⬜
|
||||
doPower / doStop / doHalt ⬜
|
||||
doReset / doHome ⬜
|
||||
readStatus / readActualPosition ⬜
|
||||
readActualVelocity / readError ⬜
|
||||
```
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||||
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@@ -0,0 +1,185 @@
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||||
# MC_Power 功能块设计
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||||
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||||
`MC_Power` 是 PLCopen 运动控制库的基础功能块，控制轴的功率级使能与去使能。
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---
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## 1. IEC 61131-3 接口定义
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||||
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||||
```
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||||
FUNCTION_BLOCK MC_Power
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||||
VAR_IN_OUT
|
||||
Axis : AXIS_REF; (* 轴引用 *)
|
||||
END_VAR
|
||||
VAR_INPUT
|
||||
Enable : BOOL; (* TRUE=使能, FALSE=去使能 *)
|
||||
Enable_Positive : BOOL; (* 允许正向运动，本库保留 *)
|
||||
Enable_Negative : BOOL; (* 允许负向运动，本库保留 *)
|
||||
END_VAR
|
||||
VAR_OUTPUT
|
||||
Status : BOOL; (* 轴已使能且就绪 *)
|
||||
Busy : BOOL; (* 功能块正在处理中 *)
|
||||
Error : BOOL; (* 错误标志 *)
|
||||
ErrorID : MC_ERROR_ID;(* 错误码 *)
|
||||
END_VAR
|
||||
```
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||||
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||||
## 2. C++ 类实现
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||||
### 2.1 类声明 — `MotionLib/Inc/MC_Power.h`
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||||
```cpp
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||||
#pragma once
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||||
#include "Types.h"
|
||||
|
||||
namespace plcopen {
|
||||
|
||||
class MC_Power {
|
||||
public:
|
||||
/**
|
||||
* \brief 构造 MC_Power 实例
|
||||
* \param axisRef 轴引用 (VAR_IN_OUT)
|
||||
*/
|
||||
explicit MC_Power(AXIS_REF& axisRef);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* \brief 周期调用，执行功率控制逻辑
|
||||
*
|
||||
* 上位机每个运动控制周期调用一次。
|
||||
*/
|
||||
void cycle();
|
||||
|
||||
// --- 输入参数 (VAR_INPUT) ---
|
||||
BOOL Enable = false;
|
||||
BOOL Enable_Positive = true; // 本库默认允许
|
||||
BOOL Enable_Negative = true; // 本库默认允许
|
||||
|
||||
// --- 输出参数 (VAR_OUTPUT) ---
|
||||
BOOL Status = false;
|
||||
BOOL Busy = false;
|
||||
BOOL Error = false;
|
||||
MC_ERROR_ID ErrorID = MC_ERROR_ID::mcNoError;
|
||||
|
||||
private:
|
||||
AXIS_REF& _axisRef; // 轴引用，不持有所有权
|
||||
bool _prevEnable = false; // 上一周期的 Enable 值（边沿检测）
|
||||
};
|
||||
|
||||
} // namespace plcopen
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.2 实现 — `MotionLib/Src/MC_Power.cpp`
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
#include "MC_Power.h"
|
||||
#include "Axis.h"
|
||||
|
||||
namespace plcopen {
|
||||
|
||||
MC_Power::MC_Power(AXIS_REF& axisRef)
|
||||
: _axisRef(axisRef) {}
|
||||
|
||||
void MC_Power::cycle() {
|
||||
// ① 有效性检查
|
||||
if (_axisRef.axis == nullptr) {
|
||||
Error = true;
|
||||
ErrorID = MC_ERROR_ID::mcInvalidParameter;
|
||||
Status = false;
|
||||
Busy = false;
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
Axis* axis = _axisRef.axis;
|
||||
Error = false;
|
||||
ErrorID = MC_ERROR_ID::mcNoError;
|
||||
|
||||
// ② Enable 上升沿 — 使能
|
||||
if (Enable && !_prevEnable) {
|
||||
axis->doPower(true);
|
||||
Busy = true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// ③ Enable 下降沿 — 去使能
|
||||
if (!Enable && _prevEnable) {
|
||||
axis->doPower(false);
|
||||
Busy = false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// ④ 持续使能状态 — 等待轴进入 Standstill
|
||||
if (Enable) {
|
||||
MC_AXIS_STATE state = axis->readState();
|
||||
|
||||
if (state == MC_AXIS_STATE::Standstill) {
|
||||
Busy = false;
|
||||
Status = true; // 使能成功
|
||||
} else if (state == MC_AXIS_STATE::ErrorStop) {
|
||||
Busy = false;
|
||||
Status = false;
|
||||
Error = true;
|
||||
ErrorID = MC_ERROR_ID::mcPowerFailure;
|
||||
}
|
||||
} else {
|
||||
// 去使能后
|
||||
Status = false;
|
||||
Busy = false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// ⑤ 保存前置状态
|
||||
_prevEnable = Enable;
|
||||
}
|
||||
|
||||
} // namespace plcopen
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 3. 行为时序
|
||||
|
||||
```
|
||||
周期 | Enable | axis 状态 | Status | Busy | 说明
|
||||
─────┼────────┼───────────────┼────────┼──────┼────────────────
|
||||
0 | FALSE | Disabled | FALSE | FALSE| 初始状态
|
||||
1 | TRUE ↑ | Disabled | FALSE | TRUE | 上升沿，doPower(true)
|
||||
2 | TRUE | Disabled | FALSE | TRUE | cycle() 待处理
|
||||
3 | TRUE | Standstill | TRUE | FALSE| 使能完成 ✅
|
||||
4 | FALSE ↓| Standstill | FALSE | FALSE| 下降沿，doPower(false)
|
||||
5 | FALSE | Disabled | FALSE | FALSE| 去使能完成
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 4. 与 Axis 的交互
|
||||
|
||||
```
|
||||
MC_Power Axis
|
||||
──────── ────
|
||||
cycle()
|
||||
│
|
||||
├── Enable↑ → axis->doPower(true) ──→ _powerEnabled = true
|
||||
│ _state 将在 cycle() 中切换
|
||||
│
|
||||
├── Enable↓ → axis->doPower(false) ──→ _powerEnabled = false
|
||||
│ _state → Disabled
|
||||
│
|
||||
└── axis->readState() ←────────────── 读取 _state
|
||||
axis->readError() ←───────────── 读取 _errorId
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 5. Axis 侧需要的新方法
|
||||
|
||||
```cpp
|
||||
// Axis.h — 新增方法
|
||||
|
||||
class Axis {
|
||||
public:
|
||||
void doPower(BOOL enable); // 功率使能控制
|
||||
MC_AXIS_STATE readState() const; // 读当前状态
|
||||
MC_ERROR_ID readError() const; // 读当前错误码
|
||||
};
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 6. 设计要点
|
||||
|
||||
| 要点 | 说明 |
|
||||
|------|------|
|
||||
| 不持有 Axis | `_axisRef` 是引用，MC_Power 不负责轴的生命周期 |
|
||||
| 上升/下降沿检测 | `_prevEnable` 确保 doPower() 只在边沿调用一次 |
|
||||
| Busy 的语义 | 从 Enable↑ 到 Status=TRUE 之间为 Busy |
|
||||
| Error 路径 | 轴进入 ErrorStop 时，Status→FALSE，Error→TRUE |
|
||||
| Enable_Positive/Negative | IEC 完整规范字段，本库保留输入但暂不实现逻辑 |
|
||||
Reference in New Issue
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