机台设备上运动控制轴的C#版本一种实现

1.关键数据结构

public enum AxisOperationType {
    Enable, Disable, SetAsZero, Home,
    Forward, Backward, Abort, 
    StopFreeRun, ConfirmFault, None
}


public struct AxisOpParam {
    public AxisOperationType OperationType; 
    public bool IsMultiAxis; // 区分单/多轴操作
    // ...
}

public struct AxisStatus {
    // 使用Flags枚举组合状态
    [Flags]
    public enum StatusFlags {
        PowerOn      = 1 << 0,
        Moving       = 1 << 1,
        InPosition   = 1 << 2,
        Homed        = 1 << 3,
        PosLimitHit  = 1 << 4,
        NegLimitHit  = 1 << 5,
        Faulted      = 1 << 6
    }

    public StatusFlags Flags;
    public Vector3 Position; 
    public AxisConfigParam Config;
    public AxisMotionParam Motion;
}

2. 运动控制逻辑

(1) 运动参数校验

public bool ValidateMotionCommand(AxisOpParam param) {
    if (param.ManualVelocity <= 0) 
        throw new ArgumentException("速度必须为正数");
    
    // 检查软限位
    var config = GetAxisConfig(param.AxisType);
    return param.TargetPosition.Between(config.NegLimit, config.PosLimit);
}

// 扩展方法
public static bool Between(this double value, double min, double max) 
    => value >= min && value <= max;

(2) 状态机实现

public class AxisController {
    private Dictionary<AxisOperationType, Func<AxisOpParam, bool>> _operationHandlers;

    public AxisController() {
        _operationHandlers = new() {
            [AxisOperationType.Enable] = HandleEnable,
            [AxisOperationType.Home] = HandleHoming
            // 其他操作...
        };
    }

    private bool HandleEnable(AxisOpParam param) {
        // 实现使能逻辑
    }
}

3. 线程安全设计

(1) 原子状态更新

public class AxisStatusManager {
    private readonly object _lock = new();
    private AxisStatus _status;

    public void UpdatePosition(Vector3 newPos) {
        lock (_lock) {
            _status.Position = newPos;
        }
    }

    public AxisStatus GetCurrentStatus() {
        lock (_lock) {
            return _status;
        }
    }
}

(2) 异步操作封装

public async Task<AxisStatus> ExecuteMotionAsync(AxisOperation operation) {
    return await Task.Run(() => {
        // 执行阻塞型运动指令
        return UpdateStatus();
    });
}

4. 架构层面

(1) 分层设计

Application Layer
  ├─ AxisService (业务逻辑)
  └─ MotionAlgorithms (运动规划)
       ↓
Domain Layer
  ├─ Axis (领域模型)
  └─ StatusMonitor
       ↓
Infrastructure Layer
  ├─ HardwareDriver
  └─ Persistence

(2) 事件驱动通知

public class AxisStatusNotifier {
    public event EventHandler<StatusChangedEventArgs> StatusChanged;

    protected virtual void OnStatusChanged(AxisStatus newStatus) {
        StatusChanged?.Invoke(this, new StatusChangedEventArgs(newStatus));
    }
}

5. 关键改进方向总结

6. 示例：优化后的运动控制流程

7. 测试建议

(1) 单元测试重点

[Test]
public void HomeOperation_SetsHomedFlag() {
    var controller = new AxisController();
    controller.Execute(AxisOperationType.Home);
    Assert.IsTrue(controller.Status.Flags.HasFlag(AxisStatus.StatusFlags.Homed));
}

(2) 集成测试场景

Scenario: 急停处理
    Given X轴正在运动
    When 触发急停信号
    Then 应在200ms内停止所有轴
    And 状态显示Faulted

通过以上优化设计，轴控制系统将获得：

1. 更强的类型安全性

2. 更清晰的状态管理

3. 更好的线程安全保障

4. 更灵活的操作扩展能力

5. 更完善的异常处理机制

需要特别注意硬件交互部分的实时性要求，建议关键运动控制指令采用优先级线程处理。