CN104570952B - 多轴插补控制方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多轴插补控制方法及装置，该方法包括以下步骤：控制逻辑启动指令，计算参与插补轴的参数，并将这些参数传递给N个驱动器通讯模块；在插补运行过程中，虚拟主轴模块持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块运行；驱动器通讯模块接收到有效参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将参数发送到电子凸轮模块；电子凸轮模块根据虚拟主轴及输入参数进行周期计算，并在每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块；电机控制模块接收电子凸轮模块输出的周期脉冲，控制电机运行。本发明的多轴插补控制方法，只需要在控制器和电机驱动器之间连接通讯线及虚拟主轴线，降低了布线和排查的难度，不易受到干扰。

Description

多轴插补控制方法与装置
技术领域
本发明涉及运动控制的技术领域，尤其涉及一种多轴插补控制方法与装置。
背景技术
目前，运动控制中涉及插补控制时，主流的方案是在控制器中进行插补计算，得到每个控制周期参与插补的各个轴需要运行的位置增量，然后通过脉冲或者通讯总线周期性地将位置增量发送给电机驱动器。
中国发明专利申请提供说明书CN101526808A提供了一种多轴插补方法，插补的算法由CPU和FPGA共同完成，具体的，由CPU周期性的计算各轴插补增量数据，计算结果写入FPGA内双口RAM，然后在时钟管理单元的控制下，由各轴插补模块转化成脉冲发出，各轴电机驱动器接收脉冲，根据脉冲控制电机运动。
中国发明专利申请提供说明书CN102081354B提供了一种多轴插补方法，使用高速现场总线作为控制器与电机驱动器之间的接口。
中国发明专利申请提供说明书CN104181866A提供了一种伺服驱动器插补方法，处于主控模式的伺服驱动器通过内嵌的插补程序模块完成插补运算，发出多路控制信号给处于非主控模式的伺服电机驱动器，其本质是将插补计算功能集成到伺服驱动器中。
然而，在上述现有技术中，存在以下问题：
本质上都属于集中控制，作为控制器的模块需要进行大量的插补计算，这种计算每个控制周期都要进行，随着参与插补的轴的增多，计算量成倍增加，最终超出控制器的处理能力；使用脉冲周期性通讯，控制器和每一台电机驱动器都要连接脉冲线，在现场很容易受到干扰，出现干扰时排查和解决都比较困难，电机轴数较多时，接线数量也较多；使用高速现场总线周期性通讯，对总线的传输带宽要求比较高，需要选择高性能高成本的总线，实现方案复杂。
近年来，随着半导体技术的飞速发展，嵌入式CPU处理能力越来越强，存储空间越来越大，这使得电机驱动器在完成电机控制相关计算的前提下有富余的资源。但是目前电机驱动器富余的资源多用于增强电机的驱动性能，从系统的角度来看，插补轴数增多时对控制器造成压力依旧很大。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种多轴插补控制方法与装置，进行插补控制时，使用简单异步总线通讯来配置插补的参数，控制器和电机驱动器之间只需要一条虚拟主轴连接，参与插补轴的周期位置增量在各个电机控制器内根据虚拟主轴和电子凸轮表计算生成。
为了达到上述目的，本发明一种多轴插补控制方法，包括：
步骤一：控制逻辑启动指令，计算参与插补轴的参数；
步骤二：将插补轴的参数传递给N个驱动器通讯模块；
步骤三：在插补运行过程中，虚拟主轴模块持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块运行；
步骤四：驱动器通讯模块接收到插补轴的参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将插补轴的参数发送到电子凸轮模块；
步骤五：电子凸轮模块根据虚拟主轴及输入的插补轴的参数进行周期计算，得到每个周期的周期脉冲量，每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块；
步骤六：电机控制模块接收电子凸轮模块输出的周期脉冲量，控制电机运行
其中，在步骤一中，所述控制逻辑在程序的控制下调用插补轴的参数，所述的插补轴的参数包括插补电机轴号、插补模式、加速时间、减速时间这些插补相关的参数，控制逻辑在插补轴的参数生效后将这些参数传递给N个驱动器通讯模块。
其中，在步骤一和步骤二之间，即在控制逻辑计算插补轴的参数并生效后，插补轴的参数传递到控制器通讯模块，该控制器通讯模块将插补轴的参数进行打包，然后再发送到N个驱动器通讯模块中。
其中，在步骤五中的所述电子凸轮模块包括参数缓冲区、曲线计算模块、凸轮表、虚拟主轴接收模块以及运行控制模块；插补轴的参数发送到参数缓冲区进行保存，曲线计算模块根据相关参数计算对应的凸轮曲线保存到凸轮表中，虚拟主轴接收模块接收每个周期传递过来的虚拟主轴，并计算主轴增量，最后，运行控制模块每个周期根据虚拟主轴和凸轮表计算本周期应该发出的周期脉冲量，发送给电机控制模块。
其中，经过步骤六的电机控制模块实现了电机的控制算法，根据周期脉冲量驱动电机运行，同时向控制器反馈电机的运行状态。
本发明还提供一种多轴插补控制装置，包括控制器与N个电机驱动器，所述控制器包括控制逻辑、控制器通讯模块以及虚拟主轴模块，所述电机驱动器包括驱动器通讯模块、电子凸轮模块以及电机控制模块；控制逻辑启动指令，计算参与插补轴的参数，并将插补轴的参数传递给N个驱动器通讯模块；在插补运行过程中，虚拟主轴模块持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块运行；驱动器通讯模块接收到插补轴的参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将插补轴的参数发送到电子凸轮模块；电子凸轮模块根据虚拟主轴及输入的插补轴的参数进行周期计算，得到每个周期的周期脉冲量，每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块；电机控制模块接收电子凸轮模块输出的周期脉冲量，控制电机运行。
其中，所述控制逻辑在程序的控制下调用插补轴的参数，所述的插补轴的参数包括插补电机轴号、插补模式、加速时间、减速时间这些插补相关的参数，控制逻辑在插补轴的参数生效后将这些参数传递给N个驱动器通讯模块。
其中，在控制逻辑计算插补轴的参数并生效后，参数传递到控制器通讯模块，该通讯控制模块将插补轴的参数进行打包，然后再发送到N个驱动器通讯模块中。
其中，所述电子凸轮模块包括参数缓冲区、曲线计算模块、凸轮表、虚拟主轴接收模块以及运行控制模块；插补轴的参数发送到参数缓冲区进行保存，曲线计算模块根据相关参数计算对应的凸轮曲线保存到凸轮表中，虚拟主轴接收模块接收每个周期传递过来的虚拟主轴，并计算主轴增量，最后，运行控制模块每个周期根据虚拟主轴和凸轮表计算本周期应该发出的周期脉冲量，发送给电机控制模块。
其中，电机控制模块实现了电机的控制算法，根据周期脉冲量驱动电机运行，同时向控制器反馈电机的运行状态。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明的多轴插补控制方法，可以在参与插补的各轴电机驱动器内进行插补的周期计算，充分利用电机驱动器富余的计算资源，减小了控制器的压力，控制器在相同的硬件资源下可以支持更多的轴数；同时，在进行插补控制时只需要在启动插补时通过总线传输一组参数，在插补过程中只需要发出虚拟主轴，不需要周期性的传递数据，降低了对总线的带宽需求。本发明的多轴插补控制装置，只需要在控制器和电机驱动器之间连接通讯线及虚拟主轴线，降低了布线和排查的难度，不易受到干扰。
附图说明
图1是现有技术的插补控制方法的系统结构图；
图2是本发明插补控制方法的系统结构图；
图3是电子凸轮模块的内部框图；
图4是两轴圆弧插补为例，参与插补两轴的凸轮表及最后的合成插补轨迹；
图5是三轴直线插补为例，参与插补三轴的凸轮表及最后的合成插补轨迹。
主要元件符号说明：
10、控制器 11、电机驱动器
101、控制逻辑 102、控制器通讯模块
103、虚拟主轴模块 111、驱动器通讯模块
112、电子凸轮模块 113、电机控制模块
1121、参数缓冲区 1122、曲线计算模块
1123、凸轮表 1124、虚拟主轴接收模块
1125、运行控制模块
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。请参阅图1-2，对比现有技术与本发明一种多轴插补控制方法及装置，本发明的方法包括以下步骤：
步骤一：控制逻辑101启动指令，计算参与插补轴的参数；
步骤二：将插补轴的参数传递给N个驱动器通讯模块111；
步骤三：在插补运行过程中，虚拟主轴模块103持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块112运行；
步骤四：驱动器通讯模块111接收到插补轴的参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将插补轴的参数发送到电子凸轮模块112；
步骤五：电子凸轮模块112根据虚拟主轴及输入插补轴的参数进行周期计算，得到每个周期的周期脉冲量，每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块113；
步骤六：电机控制模块113接收电子凸轮模块112输出的周期脉冲量，控制电机运行。
相较于现有技术，本发明的多轴插补控制方法，可以在参与插补的各轴电机驱动器11内进行插补的周期计算，充分利用电机驱动器11富余的计算资源，减小了控制器10的压力，控制器10在相同的硬件资源下可以支持更多的轴数；同时，在进行插补控制时只需要在启动插补时通过总线传输一组参数，在插补过程中只需要发出虚拟主轴，不需要周期性的传递数据，降低了对总线的带宽需求。
在本实施例中，在步骤一中，控制逻辑101在程序的控制下调用插补轴的参数，的插补轴的参数包括插补电机轴号、插补模式、加速时间、减速时间这些插补相关的参数，控制逻辑101在插补轴的参数生效后将这些参数传递给N个驱动器通讯模块111。
在本实施例中，在步骤一和步骤二之间，即在控制逻辑101计算插补轴的参数并生效后，插补轴的参数传递到控制器通讯模块102，该控制器通讯模块将插补轴的参数进行打包，然后再发送到N个驱动器通讯模块111中。
请进一步参阅图2，在本实施例中，在步骤五中的电子凸轮模块112包括参数缓冲区1121、曲线计算模块1122、凸轮表1123、虚拟主轴接收模块1124以及运行控制模块1125；插补轴的参数发送到参数缓冲区1121进行保存，曲线计算模块1122根据相关参数计算对应的凸轮曲线保存到凸轮表1123中，虚拟主轴接收模块1124接收每个周期传递过来的虚拟主轴，并计算主轴增量，最后，运行控制模块1125每个周期根据虚拟主轴和凸轮表1123计算本周期应该发出的周期脉冲量，发送给电机控制模块113。
在本实施例中，经过步骤六的电机控制模块113实现了电机的控制算法，根据周期脉冲量驱动电机运行，同时向控制器10反馈电机的运行状态。
本发明还提供一种多轴插补控制装置，包括控制器10与N个电机驱动器11，控制器10包括控制逻辑101、控制器通讯模块102以及虚拟主轴模块103，电机驱动器11包括驱动器通讯模块111、电子凸轮模块112以及电机控制模块113；控制逻辑101启动指令，计算参与插补轴的参数，并将插补轴的参数传递给N个驱动器通讯模块111；在插补运行过程中，虚拟主轴模块103持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块112运行；驱动器通讯模块111接收到插补轴的参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将插补轴的参数发送到电子凸轮模块112；电子凸轮模块112根据虚拟主轴及输入插补轴的参数进行周期计算，得到每个周期的周期脉冲量，每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块113；电机控制模块113接收电子凸轮模块112输出的周期脉冲量，控制电机运行。
相较于现有技术，本发明的多轴插补控制装置，只需要在控制器10和电机驱动器11之间连接通讯线及虚拟主轴线，降低了布线和排查的难度，不易受到干扰。
在本实施例中，控制逻辑101在程序的控制下调用插补轴的参数，的插补轴的参数包括插补电机轴号、插补模式、加速时间、减速时间这些插补相关的参数，控制逻辑101在插补轴的参数生效后将这些参数传递给N个驱动器通讯模块111。
在本实施例中，在控制逻辑101计算插补轴的参数并生效后，参数传递到控制器通讯模块102，该控制器通讯模块将插补轴的参数进行打包，然后再发送到N个驱动器通讯模块111中。
在本实施例中，电子凸轮模块112包括参数缓冲区1121、曲线计算模块1122、凸轮表1123、虚拟主轴接收模块1124以及运行控制模块1125；插补轴的参数发送到参数缓冲区1121进行保存，曲线计算模块1122根据相关参数计算对应的凸轮曲线保存到凸轮表1123中，虚拟主轴接收模块1124接收每个周期传递过来的虚拟主轴，并计算主轴增量，最后，运行控制模块1125每个周期根据虚拟主轴和凸轮表1123计算本周期应该发出的周期脉冲量，发送给电机控制模块113。
在本实施例中，电机控制模块113实现了电机的控制算法，根据周期脉冲量驱动电机运行，同时向控制器10反馈电机的运行状态。
图3为执行两轴圆弧插补时，参与插补的两个轴的凸轮表1123数据及根据虚拟主轴运行合成轨迹的一个实例。
图4为执行三轴直线插补时，参与插补的三个轴的凸轮表1123数据及根据虚拟主轴运行合成轨迹的一个实例。
本发明的优势在于：
1、本发明的多轴插补控制方法，可以在参与插补的各轴电机驱动器11内进行插补的周期计算，充分利用电机驱动器11富余的计算资源，减小了控制器10的压力，控制器10在相同的硬件资源下可以支持更多的轴数；
2、同时，在进行插补控制时只需要在启动插补时通过总线传输一组参数，在插补过程中只需要发出虚拟主轴，不需要周期性的传递数据，降低了对总线的带宽需求；
3、本发明的多轴插补控制装置，只需要在控制器10和电机驱动器11之间连接通讯线及虚拟主轴线，降低了布线和排查的难度，不易受到干扰。
以上提供的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多轴插补控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：控制逻辑启动指令，计算参与插补轴的参数；
步骤二：将插补轴的参数传递给N个驱动器通讯模块；
步骤三：在插补运行过程中，虚拟主轴模块持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块运行；
步骤四：驱动器通讯模块接收到插补轴的参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将插补轴的参数发送到电子凸轮模块；
步骤五：电子凸轮模块根据虚拟主轴及输入的插补轴的参数进行周期计算，得到每个周期的周期脉冲量，每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块；
步骤六：电机控制模块接收电子凸轮模块输出的周期脉冲量，控制电机运行。
2.根据权利要求1所述的多轴插补控制方法，其特征在于，在步骤一中，所述控制逻辑在程序的控制下调用插补轴的参数，所述的插补轴的参数包括插补电机轴号、插补模式、加速时间、减速时间这些插补相关的参数。
3.根据权利要求1所述的多轴插补控制方法，其特征在于，在步骤一和步骤二之间，即在控制逻辑计算插补轴的参数并生效后，插补轴的参数传递到控制器通讯模块，该控制器通讯模块将插补轴的参数进行打包，然后再发送到N个驱动器通讯模块中。
4.根据权利要求1所述的多轴插补控制方法，其特征在于，经过步骤六的电机控制模块实现了电机的控制算法，根据周期脉冲量驱动电机运行，同时向控制器反馈电机的运行状态。
5.一种多轴插补控制装置，其特征在于，包括控制器与N个电机驱动器，所述控制器包括控制逻辑、控制器通讯模块以及虚拟主轴模块，所述电机驱动器包括驱动器通讯模块、电子凸轮模块以及电机控制模块；控制逻辑启动指令，计算参与插补轴的参数，并将插补轴的参数传递给N个驱动器通讯模块；在插补运行过程中，虚拟主轴模块持续发出虚拟主轴，驱动参与插补各轴的电子凸轮模块运行；驱动器通讯模块接收到插补轴的参数后，对通讯数据进行校验，校验通过后将插补轴的参数发送到电子凸轮模块；电子凸轮模块根据虚拟主轴及输入的插补轴的参数进行周期计算，得到每个周期的周期脉冲量，每个周期将周期脉冲量发送到电机控制模块；电机控制模块接收电子凸轮模块输出的周期脉冲量，控制电机运行。
6.根据权利要求5所述的多轴插补控制装置，其特征在于，所述控制逻辑在程序的控制下调用插补轴的参数，所述的插补轴的参数包括插补电机轴号、插补模式、加速时间、减速时间这些插补相关的参数，控制逻辑在插补轴的参数生效后将这些参数传递给N个驱动器通讯模块。
7.根据权利要求5所述的多轴插补控制装置，其特征在于，在控制逻辑计算插补轴的参数并生效后，参数传递到控制器通讯模块，该控制器通讯模块将插补轴的参数进行打包，然后再发送到N个驱动器通讯模块中。
8.根据权利要求5所述的多轴插补控制装置，其特征在于，电机控制模块实现了电机的控制算法，根据周期脉冲量驱动电机运行，同时向控制器反馈电机的运行状态。
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