TWI497243B - 控制多個驅動器同步工作的方法及其裝置 - Google Patents

Description

控制多個驅動器同步工作的方法及其裝置

本發明涉及自動控制領域，尤其涉及一種控制多軸的方法及其裝置。

傳統的機械設備大多使用可編程邏輯控制器(PLC：Programmable Logic Controller)或驅動器單獨控制驅動馬達。可編程邏輯控制器的缺點在於控制過程簡單，加工精度普遍不高。近年隨著行業的發展，新型機械設備向著動作複雜、控制精準、多軸高度同步及控制系統化發展。運動控制技術應需而生。

運動控制技術是一種綜合性技術，現有技術中的控制過程通常包含可編程邏輯控制器(PLC：Programmable Logic Controller)控制、匯流排控制及驅動控制三部分。首先可編程邏輯控制器控制用於規劃各軸運動控制任務，匯流排控制負責將多軸集群任務傳達到各個馬達，驅動控制是指各個馬達完成最終機構執行。在這些控制流程中，保證最終機構運動軌跡與可編程邏輯控制器內部規劃的目標曲線精確貼近至關重要。

現有技術往往通過類比量或脈衝方式實現運動軌跡和目標曲線的貼合。而類比和脈衝方式都存在現場接線複雜、抗干擾能力差、控制精度不高及無法控制高精度驅動器等先天不足。

本發明所要解決的技術問題是，提供一種控制多軸的方法，能夠提高運動軌跡的控制精度，且具有較強的抗干擾能力。

為了解決上述問題，本發明提供了一種控制多個驅動器同步工作的方法，包括如下步驟：提供一組控制曲線，所述一組控制曲線中的每一個對應控制一個驅動器；對所述控制曲線按照一設定的時間週期進行分割；在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間；每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線；每個驅動器均在本地擬合出的所述運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，以控制自身電機的運轉。

可選的，所述提供控制曲線的步驟進一步包括：提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式；採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相應的控制曲線。

可選的，所述將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，進一步是通過系統匯流排發送的。

可選的，所述發送統一的節拍信號的步驟進一步是通過廣播的方式通過系統匯流排發送至各個驅動器。

本發明進一步提供了一種控制多個驅動器同步工作的裝置，包括如下單元：曲線生成單元，用於提供一組控制曲線，所述一組控制曲線中的每一個對應控制一個驅動器；分割單元，用於對所述曲線生成單元生成的所述控制曲線按照一設定的時間週期進 行分割；發送單元，用於在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間；曲線規劃單元，用於使每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線；控制單元，用於使每個驅動器均在本地擬合出的所述運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，以控制自身電機的運轉。

可選的，所述曲線生成單元進一步包括如下模組：資料提供模組，用於提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式；曲線構建模組，用於根據資料提供模組提供的資料，採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相應的控制曲線。

本發明的優點在於，將規劃曲線密集細分，將各任務數位化傳達，可保證在複雜的環境下資料傳輸的穩定性和及時性，並且控制命令的數位化傳達可解決傳統方式的控制精度問題；將規劃曲線細分，以及驅動器將接收到的任務分析並精確控制，解決了傳統控制方式的控制精度不高及無法控制高精度驅動器等不足。

進一步地，通過匯流排技術，所有軸通過一根資料匯流排連接，解決傳統方式接線複雜的問題，且匯流排技術定義了規範的物理層和資料連結層，可進一步保證在複雜的環境下資料傳輸的穩定性和及時性。

以下，參照附圖對本發明提供的一種控制多軸的方法及其裝置的優選實施例進行詳細的說明。

首先結合附圖給出本發明所述方法的具體實施方式。

第1圖是本發明的實施步驟示意圖，包括：步驟S101，提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式；步驟S102，採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相對應的控制曲線；步驟S110，對所述控制曲線按照一設定的時間週期進行分割；步驟S120，在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間；步驟S130，每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線；步驟S140，每個驅動器均在本地擬合出的所述運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，以控制自身電機的運轉。

第2A圖至第2D圖是本具體實施方式中對曲線進行操作的示意圖。

步驟S101，提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式。以上資料是數控領域常見的用於生成運動控制曲線的原始資料，在其他的具體實施方式中，也可以採用另外的能夠生成運動控制曲線的資料組合。

步驟S102，採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相對應的控制曲線。這些控制曲線就是用戶對各軸運動軌跡的規劃。

以上步驟S101和步驟S102請進一步參考第2A圖所示，實施 上述步驟的目的在於構建一組控制曲線，該組控制曲線中的每一個曲線都對應控制一個驅動器的運動方式。

第2B圖所示，參考步驟S110，對所述控制曲線按照一設定的時間週期進行分割，其中第2B圖以第2A圖所示第一軸曲線為例繪示，其餘各曲線的分割方式可以參照執行，不同曲線間應當採用相同的時間週期進行分割。本步驟可以採用上述可編程邏輯控制器進行，本步驟並不會將所有的控制任務傳達給驅動器，而是可編程邏輯控制器將控制控制軌跡進行週期性任務細分。接下來，每次僅將下一控制週期的控制任務傳達給驅動器。將規劃曲線密集細分，將各任務數位化傳達，可保證在複雜的環境下資料傳輸的穩定性和及時性，並且控制命令的數位化傳達可解決傳統方式的控制精度問題。

第2C圖所示，參考步驟S120，在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間。本具體實施方式中，進一步是通過系統匯流排將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並通過廣播的方式通過系統匯流排發送統一的節拍信號至各個驅動器。本步驟中，按照規範使用控制匯流排，在複雜的現場環境下可保證資料傳輸的穩定性和即時性，各軸週期性的控制任務將在固定的時間段傳達給各驅動器，通過匯流排技術，所有軸通過一根資料匯流排連接，解決傳統方式接線複雜的問題，且匯流排技術定義了規範的物理 層和資料連結層，可進一步保證在複雜的環境下資料傳輸的穩定性和及時性。

第3圖所示是步驟S120實施過程中的時序圖，各個驅動器的週期性任務傳達給驅動器之後，並不會執行，而是等待運動控制系統的廣播性的節拍信號，節拍信號將傳遞給驅動器的週期性任務啟動。每個週期性任務的執行時間就是兩個節拍信號的間隔時間。以此達到各軸的任務同步，各驅動器每個控制週期將會收到一筆控制命令，並且這些控制命令是同時生效的，以此達到多軸同步。

第2D圖所示，參考步驟S130，每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線。曲線上的數字表示不同的時間週期。驅動器根據相鄰控制週期的控制命令擬合還原可編程邏輯控制器的規劃曲線，表示每個控制週期內可編程邏輯控制器傳送給驅動器的控制命令，驅動器根據這些命令作為關鍵點進行曲線擬合。

步驟S140，每個驅動器均在本地擬合出的所述運動規劃曲線上取點，以控制自身電機的運轉。本具體實施方式中，是在所述運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，進而將可編程邏輯控制器規劃的曲線在驅動器內部進行還原。並在此曲線模型上間隔一時間，例如125微秒取點控制電機運轉。以此達到PLC生成曲線模型與實際電機運轉一致。驅動器將接收到的任務分析並精確控制，解決了傳統控制方式的控制精度不高及無法控制高精度驅動 器等不足。

第4圖所示是步驟S130和步驟S140實施過程中與第一軸曲線對應的第一驅動器的時序圖，驅動器在收到控制命令後，根據統一的節拍信號啟動控制命令，進行曲線擬合並取點後，控制驅動器進行相對應的動作。

上述實施方式中，將規劃曲線密集細分，將各任務數位化傳達，可保證在複雜的環境下資料傳輸的穩定性和及時性，並且控制命令的數位化傳達可解決傳統方式的控制精度問題；將規劃曲線細分，以及驅動器將接收到的任務分析並精確控制，解決了傳統控制方式的控制精度不高及無法控制高精度驅動器等不足。

接下來結合附圖給出本發明所述裝置的具體實施方式。

第5圖所示是本具體實施方式的裝置架構示意圖，包括：曲線生成單元510，用於提供一組控制曲線，所述一組控制曲線中的每一個對應控制一個驅動器；分割單元520，用於對所述曲線生成單元生成的所述控制曲線按照一設定的時間週期進行分割；發送單元530，用於在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間；曲線規劃單元540，用於使每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線；控制單元550，用於使每個驅動器均在本地擬合出的所述運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，以控制自身電機的運轉。

所述曲線生成單元510進一步包括如下模組：資料提供模組511，用於提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式；曲線構建模組512，用於根據資料提供模組提供的資料，採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相應的控制曲線。

以上各個模組和單元之間的關係，請參考前一具體實施方式的內容，此處不再贅述。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

S101、S102、S110、S120、S130、S140‧‧‧步驟

510‧‧‧曲線生成單元

511‧‧‧資料提供模組

512‧‧‧曲線構建模組

520‧‧‧分割單元

530‧‧‧發送單元

540‧‧‧曲線規劃單元

550‧‧‧控制單元

第1圖係根據本發明具體實施方式的實施步驟示意圖。

第2A圖至第2D圖係根據第1圖具體實施方法中對曲線進行操作的示意圖。

第3圖係根據附圖1中步驟S120實施過程中的時序圖。

第4圖係根據附圖1中步驟S130和步驟S140實施過程中與第一軸曲線對應的第一驅動器的時序圖。

第5圖所示係根據本發明裝置具體實施方式的裝置架構示意圖。

510‧‧‧曲線生成單元

511‧‧‧資料提供模組

512‧‧‧曲線構建模組

520‧‧‧分割單元

530‧‧‧發送單元

540‧‧‧曲線規劃單元

550‧‧‧控制單元

Claims (8)

1. 一種控制多個驅動器同步工作的方法，包括如下步驟：提供一組控制曲線，該一組控制曲線中的每一個控制對應一個驅動器；對該控制曲線按照一設定的時間週期進行分割；在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間；每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線；每個驅動器均在本地擬合出的該運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，以控制自身電機的運轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之控制多個驅動器同步工作的方法，其中該提供控制曲線的步驟進一步包括：提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式；採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相對應的控制曲線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之控制多個驅動器同步工作的方法，其中將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，進一步係通過系統匯流排發送的。
4. 如申請專利範圍第1項所述之控制多個驅動器同步工作的方法，其中該發送統一的節拍信號的步驟，進一步是通過廣播的方式通過系統匯流排發送至各個驅動器。
5. 一種控制多個驅動器同步工作的裝置，其中包括如下單元：曲線生成單元，用於提供一組控制曲線，所述一組控制曲線中的每一個對應控制一個驅動器；分割單元，用於對所述曲線生成單元生成的所述控制曲線按照一設定的時間週期進行分割；發送單元，用於在一時間週期內，將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，並發送統一的節拍信號至各個驅動器以同步各個驅動器的執行時間；曲線規劃單元，用於使每個驅動器均根據所受到的所有控制命令擬合還原出本驅動器的運動規劃曲線；控制單元，用於使每個驅動器均在本地擬合出的所述運動規劃曲線上以相同的時間間隔取點，以控制自身電機的運轉。
6. 如申請專利範圍第5項所述之控制多個驅動器同步工作的裝置，其中曲線生成單元進一步包括如下模組：資料提供模組，用於提供一運動控制程式、一電子凸輪曲線以及G代碼程式；曲線構建模組，用於根據資料提供模組提供的資料，採用可編程邏輯控制器進行建模，構建成相對應的控制曲線。
7. 如申請專利範圍第5項所述之控制多個驅動器同步工作的裝置，其中該發送單元中將處於同一分割週期內分割後的曲線分別傳輸至對應的驅動器，進一步是通過系統匯流排發送的。
8. 如申請專利範圍第5項所述之控制多個驅動器同步工作的 裝置，其中該發送單元中發送統一的節拍信號的步驟進一步是通過廣播的方式通過系統匯流排發送至各個驅動器。