夜,靜得能聽見元器件在電路板上因電流通過而發出的微弱“嗡”聲。
江州,國家算法研究院的聯合調試實驗室內,空氣仿佛凝固了。所有人的目光,都死死地釘在那臺由三臺步進電機和簡陋鋁型材搭建而成的三軸試驗臺上。它看上去是如此的其貌不揚,甚至有些寒酸,但在場的每一個人,包括李曉宇在內,都屏住了呼吸,心臟幾乎要從喉嚨里跳出來。
操作臺前,nc運動控制小組的組長林濤,手指懸在鍵盤的回車鍵上,指尖因緊張而微微泛白。他深吸一口氣,像是舉行一個神圣的儀式,重重地按了下去。
“嗡……”
一陣輕微但清晰的電流聲響起。三臺步進電機仿佛在同一瞬間被喚醒,發出了同頻共振的合鳴。這聲音不再是之前調試時那般生澀、時有卡頓,而是流暢、連貫,帶著一種奇特的機械韻律。
試驗臺的z軸上,一支被臨時固定住的紅色記號筆,作為“刀頭”,緩緩下降,筆尖精準地觸碰到了一張鋪在x-y平臺上的白紙。
下一秒,奇跡發生了。
三臺電機以一種肉眼難以分辨的、無比協調的方式,同時啟動。筆尖在白紙上,走出了一道肉眼可見的、完美的、沒有任何抖動和遲滯的斜線。
那條線,從坐標系的原點,精準地延伸到預設的終點(x=100,y=100),仿佛是被一位頂級的建筑師用最精密的繪圖儀器,經過嚴苛計算后繪制出來的一樣。它筆直、穩定,充滿了力量感和確定性。
“成功了……成功了!”
不知是誰先喊了一聲,整個實驗室瞬間從極致的安靜,切換到了極致的沸騰。工程師們,這些平日里嚴謹、內斂,甚至有些木訥的技術專家,此刻像孩子一樣歡呼雀e躍,他們相互擁抱,用力地拍打著對方的后背,有些人的眼眶里,甚至已經泛起了激動的淚光。
這不僅僅是一條線。
它是對過去無數個日夜奮戰的最好回報。它是對所有質疑和自我懷疑的有力反擊。它更像一劑強心針,狠狠地注入了整個“女媧”計劃團隊的心臟,以一種無可辯駁的姿態,向所有人證明了李曉宇那條看似“叛逆”的、完全拋棄國外成熟方案、另起爐灶的底層技術路線,不僅完全可行,而且擁有著無限的潛力!
整個算法研究院士氣大振,之前的疲憊與迷茫一掃而空,所有人都被一種巨大的使命感和創造的激情所包裹,立刻投入到了下一階段的攻關之中。直線插補,只是萬里長征的第一步。真正的挑戰,在于更復雜、計算量也大得多的圓弧插補算法。
林濤的nc運動控制小組,幾乎是馬不停蹄地,向這座新的高峰發起了沖擊。
按照慣例,他們首先嘗試了教科書上最經典的算法——方程逼近法。這種方法在理論上完美無缺,它試圖通過求解復雜的笛卡爾坐標系下的多項式方程,來無限逼近一個標準的圓。然而,理論的完美,很快就撞上了現實冰冷的墻壁。
他們所使用的,是當時國內能找到的、性能最好的486電腦。但在需要進行海量浮點運算的圓弧插補算法面前,這顆被譽為“奔騰”之前的最強芯片,其算力顯得那樣的孱弱和可笑。
第一次測試,電機走出的軌跡,與其說是圓弧,不如說是一串斷斷續續的短直線拼接成的丑陋多邊形。電機在運動過程中,頻繁地停頓、計算、再啟動,發出“嗡…嗡…嗡…”的掙扎悲鳴,仿佛一個口吃的病人,在艱難地吐露一句完整的話。
“加大細分步數!”林濤咬著牙下令。結果,軌跡是稍微平滑了一點,但計算速度慢得令人發指,畫一個四分之一圓弧,竟然花了將近一分鐘。這樣的效率,在工業加工領域,無異于zisha。
“不行,這條路走不通。我們被方程的計算量給拖垮了。”一周后,在一次氣氛凝重的技術評審會上,林濤頂著兩個碩大的黑眼圈,聲音沙啞地宣布了初次嘗試的失敗。實驗室里,煙霧繚繞,每一個小組成員的臉上都寫滿了疲憊和挫敗。
“思路又錯了。”
就在眾人一籌莫展之際,一個平靜但充滿力量的聲音,打破了沉寂。李曉宇,從會議室的角落里站了起來,緩緩走到白板前。他沒有直接批評,而是拿起筆,先畫了一個無比標準的圓。
“我們再來回顧一下基礎的數學。”他的目光掃過眾人,最后落在林濤身上,“你們為什么非要在笛卡爾坐標系里,跟那些復雜得要命的多項式方程死磕呢?為什么不試著跳出這個思維的牢籠?”
他用筆尖點了點圓心。
“回到圓最本質的定義。它是什么?它是在一個平面內,所有到一個定點(圓心)的距離都等于一個定長(半徑)的點的集合。它的本質,是旋轉!”
這番話讓林濤等人精神一振,似乎抓到了什么。
“所以,”李曉宇看向林濤,一字一頓地說道,“放棄方程,我們用角度。我們不要再去苦苦計算每一個瞬時點的x、y坐標了,那太笨了。我們應該告訴系統,以哪個點為圓心,以多長為半徑,從哪個角度,旋轉到哪個角度。”
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“將復雜的、非線性的方程求解,轉化為簡單的、基于‘角度增量’的極坐標系計算。每一次計算,我們只讓角度增加一個微小的‘Δθ’,新的x、y坐標,通過簡單的三角函數就能瞬間得出。這對計算機來說,是最高效、最直接的運算!”
這番話如同一道驚雷,在nc小組所有人的腦海中炸響!他們之前一頭扎進了方程的牛角尖,卻忘了圓最原始、最純粹的定義。
李曉宇沒有停下,他接著拋出了一個更具前瞻性的思想:“這還不夠。為了追求極致的平滑和高速,我們還必須引入‘前瞻控制(look-aheadcontrol)’的思想。”
“前瞻控制?”林濤喃喃自語,這個詞對他來說,既熟悉又陌生。
“對。”李曉宇在白板上畫出了一條由直線、圓弧、再接直線的復雜軌跡。“現在的控制器,是走一步,看一步。它執行完a指令,才去讀取b指令。如果a和b之間速度變化巨大,比如從高速直線突然進入一個慢速的小圓弧,電機必然會產生巨大的沖擊和振動,軌跡也絕不會平滑。”
“所謂‘前瞻’,就是讓我們的系統,像一個優秀的賽車手。他絕不是盯著自己的車頭在開車,而是把目光投向前方幾十米甚至上百米遠的彎道。他會提前預讀后面幾十個,甚至幾百個程序段,提前知道路徑的變化,從而進行全局的速度規劃。在進入彎道前,平滑地減速;在沖出彎道后,平滑地加速。這樣,才能實現真正的高速、高精、高平滑度的加工。”
李曉宇的話,如同一道璀璨的光,不僅照亮了nc小組前進的道路,更是為整個“女媧”系統的未來,描繪出了一幅無比壯麗的藍圖。
會議室里鴉雀無聲,所有人都被李曉宇所描繪的這套算法哲學深深震撼了。這已經完全超越了“解決問題”的層面,而是在構建一個全新的、優雅的、高效的運動控制理論體系。
“我明白了!”林濤的眼睛里重新燃起了火焰,那是一種找到方向后的興奮和堅定,“我們立刻推倒重來!”
又是一個不眠不休的星期。整個nc小組仿佛進入了一種“瘋魔”的狀態,他們在白板上、在草稿紙上,推演著全新的算法邏輯。極坐標、角度增量、速度前瞻、s型曲線加減速……一個個全新的概念,被逐步整合進了底層的代碼之中。
當林濤將全新的、融入了李曉宇思想精髓的圓弧插補算法,加載到系統中進行最終測試時,整個聯合調試實驗室的氣氛,比上一次測試直線時,還要緊張百倍。
深夜,陳浩坐在電腦前,手指微微顫抖地輸入了一段復雜的g代碼。這段代碼里,包含了高速直線(g01)、順時針圓弧(g02)、逆時針圓弧(g03)的復雜聯動指令,甚至還有一-->>段需要x、y、z三軸同時運動,才能實現的螺旋線下刀指令。
“開始!”
隨著林濤一聲令下,陳浩敲下了回車。
這一次,電機發出的不再是之前斷斷續續的悲鳴,而是一陣比直線行走時更加和諧、更加悅耳的合鳴聲!那聲音里,帶著一種行云流水般的順暢,仿佛一曲由精密機械演奏的交響樂。