CN102347727B - 电机定长控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机定长控制系统，用于通过电机驱动装置实现电机定长控制，所述电机驱动装置包括输入端口连接到外部中断信号源及电机编码器的控制芯片，所述控制芯片在接收来自外部中断信号源的中断触发信号时根据电机运行位置计算反应时间内脉冲数，计算并执行实际定长指令数，所述实际定长指令数为设定定长指令数减去反应时间内脉冲数。本发明还提供一种对应的电机定长控制方法。本发明通过控制芯片直接接入中断信号源并扣除反应时间内脉冲数，从而实现精确的电机定长控制。本发明具有准确性好，重复性高等优点。

Description

电机定长控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种实现精确的电机定长控制的系统及方法。

背景技术

在电机控制中，通常使用伺服驱动器或变频器。现有的伺服控制器或变频器通过以下方式实现外部信号触发下的运行脉冲数控制：由上位机（系统的控制环节处于主控制地位的设备，如PLC）作为主控方，将外部触发信号与上位机连接，触发后由上位机向伺服驱动器发出定长指令（该定长指令包括反应时间内电机运行的脉冲数），执行定长指令。其中上述定长指令是指用户设定的电机需要运行的脉冲数，反应时间是指从外部中断信号触发开始到伺服驱动器开始运行中断定长指令的这段时间。

然而，在现有的由上位机和伺服驱动器组合方案实现定长控制的方案中，由于从上位机接收到信号至向伺服驱动器发送用于实现定长的指令这段时间内，电机已经在驱动器的原有的控制模式下运行了一定的脉冲数，这些脉冲数又没有在定长指令中消除，从而产生了误差，该误差与电机在收到实现定长指令前的运行速度成正比。

由此可知，上述由上位机和伺服驱动器组合方案实现定长控制的方案存在如下缺点：

（1）由于上位机的存在，定长控制成本较高；

（2）控制链长，稳定性和重复性不佳。

（3）准确度较差，特别是电机在高速运行和经过机械传动环节的放大后，误差更大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述电机定长控制成本高、控制链长以及准确度较差的问题，提供一种实现精确的电机定长控制的系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电机定长控制系统，用于通过电机驱动装置实现电机定长控制，所述电机驱动装置包括输入端口连接到外部中断信号源及电机编码器的控制芯片，所述控制芯片在接收来自外部中断信号源的中断触发信号时根据电机运行位置计算反应时间内脉冲数，计算并执行实际定长指令数，所述实际定长指令数为设定定长指令数减去反应时间内脉冲数；所述反应时间内脉冲数为触发中断瞬间电机位置至下一指令处理周期起始点电机位置间的脉冲数。

在本发明所述的电机定长控制系统中，所述电机驱动装置为伺服驱动器或变频器。

在本发明所述的电机定长控制系统中，脉冲计算单元根据中断开始时电机编码器读数和运行速度计算电机运行位置。

本发明还提供一种电机定长控制方法，用于通过电机驱动装置实现电机定长控制，所述电机驱动装置包括控制芯片，包括以下步骤：

a、通过输入端口接收中断触发信号；

b、根据所述电机运行位置计算反应时间内脉冲数，所述反应时间内脉冲数为触发中断瞬间电机位置至下一指令处理周期起始点电机位置间的脉冲数；

c、计算实际定长指令数，所述实际定长指令数为设定定长指令数减去反应时间内脉冲数；

d、执行定长指令，向电机输出控制信号使所述电机在控制芯片的下一指令周期的起始点运行实际定长指令数。

在本发明所述的电机定长控制方法中，在所述步骤a之后还包括：将中断状态锁定标志置位，所述控制芯片在中断状态标志置位后停止响应新的控制指令。

在本发明所述的电机定长控制方法中，在所述步骤d之后还包括：所述控制芯片在定长指令完成后想上位机输出完成信号，并在收到上位机的中断定长锁定接触信号后使中断定长锁定标志清零。

在本发明所述的电机定长控制方法中，所述步骤b包括：所述控制芯片记录电机编码器读数和运行速度，并根据所述电机编码器读数和运行速度计算电机运行位置。

在本发明所述的电机定长控制方法中，所述步骤d中控制芯片根据设定的加速度和/或运行速度执行定长指令。

在本发明所述的电机定长控制方法中，所述中断触发信号为来自开关装置的断开信号，所述开关装置直接或通过通信网络连接到所述控制芯片。

在本发明所述的电机定长控制方法中，所述电机驱动装置为伺服驱动器或变频器。

本发明的电机定长控制系统及方法，通过控制芯片直接接入中断信号源并扣除反应时间内脉冲数，从而实现精确的电机定长控制。此外，本发明定长指令的计算方法使电机运行的距离准确性好，重复性高，并且执行中断定长过程以及结束后，除非解除锁定状态，不受其他指令影响。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明电机定长控制系统的实施例的示意图；

图2是本发明电机定长控制方法的实施例的流程图；

图3是本发明电机定长控制方法另一实施例的流程图；

图4是定长控制的原理图。

具体实施方式

本发明利用电机驱动装置（例如伺服驱动器或变频器等）本身的控制芯片中断触发实现精确的定长控制：由控制芯片的输入端口接受外部中断触发信号触发中断，并记录当时的电机角度（例如编码器读数），然后控制芯片在定长指令（用户设定的脉冲数）中去除反应时间内的脉冲数，处理后的定长指令由通用的定长算法实现。

如图1所示，是本发明电机定长控制系统实施例的示意图，该系统用于通过电机驱动装置10实现电机定长控制，其中电机驱动装置10可以是伺服驱动器或者变频器等电机驱动设备。在本实施例中，电机驱动装置10包括控制芯片11，该控制芯片11的输入端口连接到外部中断信号源及电机编码器，以分别接收来自外部中断信号源的中断信号以及读取电机编码器的数据；控制芯片11的输出端口连接到电机，以控制电机。

在本实施例中，控制芯片11在接收来自外部中断信号源的中断触发信号时，可直接或通过通信网络从外部中断信号源接收中断触发信号。上述外部中断信号源可以是开关装置等，而中断信号则相应地为开关装置的断开信号等。

控制芯片11在接收到有效中断信号后，根据触发中断时电机运行位置计算反应时间内脉冲数。例如，可通过在触发中断瞬间记录电机编码器的读数和运行速度，从而计算出当时的电机角度（电机运行位置），并根据上述电机角度计算反应时间内的脉冲数。例如当中断触发采样时电机位置在100（图4中的时间点4的位置），在紧接着的一个指令处理周期到来时，电机位置在130（图4中的时间点3的位置），则反应时间内的脉冲数为30。当然，在实际应用中，也可通过其他任意反馈电机位置的方案计算反应时间内的脉冲数。

控制芯片11根据上述反应时间内脉冲数计算并执行实际定长指令数，在执行完成之后，使电机停止。上述实际定长指令数为设定的定长指令数减去反应时间内脉冲数。

在上述系统中，控制芯片11还可包括一个中断状态锁定标志，该中断状态锁定标志在中断信号有效触发时置位。只有外部（例如上位机）给入中断状态解除信号后，才会使该中断定长锁定标志清零，此时控制芯片11方可响应其他控制指令，否则，不响应其他控制指令，包括再一次的中断触发。

如图4所示，为定长控制的原理图，其中横轴为时间，图中的时间点1、2、3为三个控制芯片11指令计算和执行的时间点。时间点1、2、3之间即为控制芯片11的指令周期。中断触发信号可能出现在该指令周期内的任意时间点上。当中断触发信号发生在时间点4的位置。则时间点4到时间点3之间的时间即为反应时间。在时间点4，脉冲计算单元13记录电机编码器的读数和运行速度（同时控制芯片13使中断状态锁定标志置位）并计算电机角度，定长计算单元14计算实际定长指令数（实际定长指令数=用户设定的定长指令数–反应时间内脉冲数）；指令执行单元15在时间点3执行定长指令。

如图2所示，是本发明电机定长控制方法实施例的流程示意图，该方法用于通过电机驱动装置（例如伺服驱动器或变频器）实现电机定长控制，所述电机驱动装置包括控制芯片。在本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤S21：通过所述控制芯片输入端口接收中断触发信号。该触发信号接收单元12可直接或通过通信网络从外部中断信号源接收中断触发信号。上述外部中断信号源可以是开关装置等，而中断信号则相应地为开关装置的断开信号等。

步骤S22：控制芯片根据所述电机运行位置计算反应时间内脉冲数。例如，可通过在触发中断瞬间记录电机编码器的读数和运行速度，从而计算出当时的电机角度（电机运行位置），并根据上述电机角度计算反应时间内的脉冲数。例如当中断触发采样时电机位置在100（图4中的时间点4的位置，100为表达电机运行位置的脉冲，下同），在紧接着的一个指令处理周期到来时，电机位置在130（图4中的时间点3的位置），则反应时间内的脉冲数为30。当然，脉冲计算单元13也可通过其他任意反馈电机位置的方案计算反应时间内的脉冲数。

步骤S23：控制芯片计算实际定长指令数，所述实际定长指令数为设定定长指令数减去反应时间内脉冲数。

步骤S24：控制芯片执行定长指令，向电机输出控制信号使所述电机在控制芯片的下一指令周期的起始点运行实际定长指令数。在执行完成之后，使电机停止。在该步骤中，控制芯片可根据设定的加速度和/或运行速度（存储于控制芯片）执行定长指令。

如图3所示，是本发明电机定长控制方法另一实施例的流程示意图。该方法用于通过电机驱动装置（例如伺服驱动器或变频器）实现电机定长控制，所述电机驱动装置包括控制芯片。在本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤S31：电机驱动装置启动后，控制芯片外部端口中断初始化。

步骤S32：电机驱动装置执行控制指令，驱动电机运行。

步骤S33：控制芯片在控制指令执行过程中，实时或定时判断其中断状态锁定标志是否置位，若中断状态锁定标志已置位，则执行步骤S36，否则返回步骤S32。

步骤S34：控制芯片通过其外部端口实时接收来自外部中断信号源的中断触发信号（例如开关断开信号等）。在接收的中断触发信号有效时，控制芯片触发中断，控制芯片进入中断锁定状态，不再响应其他控制指令（包括新的中断触发。

步骤S35：控制芯片将中断状态锁定标志置位，并记录电机编码器读数和运行速度，从而根据电机编码器读数和运行速度计算电机角度。当然在实际应用中，可采用其他已有方法获取此时电机角度。

步骤S36：控制芯片计算实际定长指令数，实际定长指令数=用户设定的定长指令数–反应时间内脉冲数。

步骤S37：控制芯片执行定长指令，向电机输出控制信号使所述电机在控制芯片的下一指令周期的起始点运行实际定长指令数。在定长指令执行完成，向上位机输出完成信号，上位机在收到完成信号后向控制芯片返回中断定长指令接触信号。

步骤S38：判断是否收到来自上位机的中断定长锁定解除信号，若收到则执行步骤S39，否则返回步骤S37。只有外部给入中断状态解除信号后，才会使中断定长锁定标志清零。

步骤S39：控制芯片将中断定长锁定标志清零，并执行步骤S32。中断定长锁定标志清零后，控制芯片才可响应其他控制指令，否则不响应其他控制指令，包括再一次的中断触发。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电机定长控制系统，用于通过电机驱动装置实现电机定长控制，其特征在于，所述电机驱动装置包括输入端口连接到外部中断信号源及电机编码器的控制芯片，所述控制芯片在接收来自外部中断信号源的中断触发信号时根据电机运行位置计算反应时间内脉冲数，计算并执行实际定长指令数，所述实际定长指令数为设定定长指令数减去反应时间内脉冲数；所述反应时间内脉冲数为触发中断瞬间电机位置至下一指令处理周期起始点电机位置间的脉冲数。

2.根据权利要求1所述的电机定长控制系统，其特征在于，所述电机驱动装置为伺服驱动器或变频器。

3.根据权利要求1所述的电机定长控制系统，其特征在于，脉冲计算单元根据中断开始时电机编码器读数和运行速度计算电机运行位置。

4.一种电机定长控制方法，用于通过电机驱动装置实现电机定长控制，所述电机驱动装置包括控制芯片，其特征在于，包括以下步骤：

a、通过输入端口接收中断触发信号；

b、根据所述电机运行位置计算反应时间内脉冲数，所述反应时间内脉冲数为触发中断瞬间电机位置至下一指令处理周期起始点电机位置间的脉冲数；

c、计算实际定长指令数，所述实际定长指令数为设定定长指令数减去反应时间内脉冲数；

d、执行定长指令，向电机输出控制信号使所述电机在控制芯片的下一指令周期的起始点运行实际定长指令数。

5.根据权利要求4所述的电机定长控制方法，其特征在于，在所述步骤a之后还包括：将中断状态锁定标志置位，所述控制芯片在中断状态标志置位后停止响应新的控制指令。

6.根据权利要求5所述的电机定长控制方法，其特征在于，在所述步骤d之后还包括：所述控制芯片在定长指令完成后向上位机输出完成信号，并在收到上位机的中断定长锁定接触信号后使中断定长锁定标志清零。

7.根据权利要求4所述的电机定长控制方法，其特征在于，所述步骤b包括：所述控制芯片记录电机编码器读数和运行速度，并根据所述电机编码器读数和运行速度计算电机运行位置。

8.根据权利要求4所述的电机定长控制方法，其特征在于，所述步骤d中控制芯片根据设定的加速度和/或运行速度执行定长指令。

9.根据权利要求4所述的电机定长控制方法，其特征在于，所述中断触发信号为来自开关装置的断开信号，所述开关装置直接或通过通信网络连接到所述控制芯片。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的电机定长控制方法，其特征在于，所述电机驱动装置为伺服驱动器或变频器。