磁驱多动子系统调度

原创已于 2025-08-22 14:20:54 修改 · 616 阅读

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于 2025-08-22 10:54:52 首次发布

磁驱多动子系统的调度（Scheduling） 是其大脑和智慧所在，它负责协调多个动子高效、无冲突地完成所有任务。

调度的操作可以分为离线规划和在线实时调度两大类，但其核心操作是相通的。以下是调度系统需要执行的关键操作：

这是最基础的操作，解决“哪个任务由哪个动子执行”的问题。

操作内容：当上层管理系统（MES）下达一批任务（如：将工件从工站A运至工站B，再运至工站C）后，调度器需要将这些任务合理地分配给当前可用的动子。
决策依据：
- 动子位置：选择距离任务起点最近的空闲动子，以减少空跑时间。
- 动子状态：动子是否空闲、是否正在充电、是否报错。
- 动子负载能力：不同动子可能设计有不同的负载能力，任务需与动子能力匹配。
- 任务优先级：高优先级的任务（如急件、生产线关键路径上的任务）需要优先分配。
- 能耗：~~考虑动子的剩余电量，避免某个动子电量耗尽而影响整体进度。~~（无源动子不考虑）

在任务分配后，需要为每个动子计算出从起点到终点的无碰撞路径。

这是将空间路径转化为时间参数化轨迹的关键操作，解决了“什么时候到达哪里”的问题。

操作内容：在路径规划的基础上，根据系统的动力学约束（最大速度、最大加速度、最大加加速度Jerk），生成一条平滑的、关于时间的轨迹曲线。
输出结果：一条定义了动子在每一时刻的位置、速度、加速度的指令曲线。通常采用S型曲线（S-Curve）来保证运动平滑启停，减少振动和冲击。

这是多动子调度的核心和难点。它确保多个动子的时空轨迹不会重叠，即不会发生碰撞。

操作内容：预测所有动子的未来轨迹，检查它们在时间和空间上是否存在交集（冲突）。如果存在冲突，则采取策略解决。
主要解决策略：
- 优先级规则：为动子或任务设定优先级。低优先级的动子必须为高优先级的动子让行（如减速或在等待点等待）。
- 重新规划路径：当检测到冲突时，为其中一个动子重新规划一条绕行的几何路径。
- 调整速度（最常用、最高效）：在不改变几何路径的前提下，通过微调一个或多个动子的速度（加速、减速、短暂等待），使它们错开通过冲突点的时间。这就像调节公路上汽车的速度以避免追尾或侧撞。
- 预约表（Reservation Table）：将共享区域（如十字路口）划分为网格和时隙，动子需要提前“预约”某个时隙的某个网格，其他动子则无法在该时隙占用该网格。

死锁是指多个动子互相等待对方释放资源而全部卡住无法动弹的局面。

操作内容：
- 预防：制定规则避免死锁发生，例如：
  - 资源排序：规定所有动子必须按相同顺序申请共享资源（如工站、路径区域）。
  - 非阻塞调度：要求动子一次性申请到所有所需资源后才能开始运动。
- 检测与恢复：实时监控系统状态。一旦检测到死锁（如多个动子长时间停滞），系统强制介入，命令其中一个动子执行恢复操作（如沿原路倒退一段），以打破僵局。

生产环境是动态变化的，调度系统必须能应对突发事件。

操作内容：
- 监控：持续监控动子位置、状态（是否故障）、任务完成情况以及工站状态（是否宕机、是否忙）。
- 响应：当发生异常时（如动子突然故障、工站宕机、插入紧急任务），调度系统需要动态重新进行调度：
  - 将故障动子上的任务转移给其他动子。
  - 为所有受影响的任务重新分配、规划路径和消解冲突。
  - 这个过程需要在极短的时间内（毫秒级） 完成，以保证生产不停顿。