CN105659171B - 一种用于控制多个执行器的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于控制执行器的控制系统，包括：中央处理器(4)、多个执行器(10)以及用于控制相应执行器的多个伺服系统(9)。每个伺服系统独立于中央处理器可操作，以根据参考值(R)控制受控参数(Y)。伺服系统和中央处理器经由非确定性通信系统(1，2，5，6，7，8)通信。中央处理器和伺服系统经由非确定性通信系统将表示由伺服系统测量的、参考值R和受控参数的实际值Y之间的偏差的信号提供给中央处理器。中央处理器将由各个伺服系统测量的偏差(R‑Y)彼此进行比较。

Description

一种用于控制多个执行器的控制系统

背景技术

例如打印机的系统可以具有多个执行器，例如电机。所有执行器的控制由通过总线系统联接到执行器的中央处理器或主处理器完成。因为所有伺服检查由主处理器完成，因此其具有良好的同步能力。但是，随着要被控制的电机数量的增加，在中央处理器处消耗的资源可能过多。因此，中央控制适合于具有少量执行器的系统。

附图说明

图1是根据实施方式的执行器系统的示例示意框图；以及

图2是根据实施方式的包括执行器的伺服系统的示例简化框图。

具体实施方式

根据通过示例方式给出的、参考附图进行的本发明优选示例的下述说明，本发明的特征和优点将是显而易见的。

在具有多个执行器的系统中，提供中央处理器来经由通信系统控制和同步执行器的操作。例如，由于打印机硬件部件的重量或尺寸，部件的运动必须通过不止一个执行器(例如，电机)来完成。必须同步所有涉及的执行器的运动以避免强迫机械部分或破坏机械部分及高准确性地实施多个部件的关键运动。期望分散对执行器的控制以允许控制较大数量的执行器，但是存在如下需要：集中监控执行器的操作以确保对执行器的运动和位置进行同步。然而，在分散系统中，由于通信系统的延迟，存在监控执行器真实位置的问题。

图1的系统包括中央处理器4，中央处理器4通过非确定性通信系统1链接到多个执行器，在此示例中，链接到伺服系统3A、伺服系统3B。非确定性通信系统是在其中没有定义通过系统发送的信号的时序的系统。这种系统的一个示例是CAN总线系统，并且图1的系统使用CAN总线系统。

CAN总线系统包括总线2。伺服系统3A、伺服系统3B以及中央处理器4通过接口联接到总线2，伺服系统3A、伺服系统3B以及中央处理器4中的每一个包括收发器6和CAN控制器5。中央处理器通过CAN控制器5和收发器6联接到总线2。伺服系统3A通过CAN控制器8和收发器7联接到总线2。伺服系统3B与伺服系统3A相同。

伺服系统3A包括执行器10以及控制执行器10的主机CPU9，在此示例中，执行器10是电机。执行器10使被执行机构11运动，在此示例中，被执行机构11是打印机的部件。伺服系统3B是相同的，并且在此示例中，如伺服系统3A，伺服系统3B使打印机的同一部件运动。

中央处理器4经由CAN总线系统2，通过将指令发送到主机CPU9而对伺服系统3A、伺服系统3B的主机CPU9编程。指令为伺服系统3A和伺服系统3B提供参考值R，该参考值R限定系统的期望输出值Y，在此示例中，期望输出值Y是位置和/或速度。例如，参考值限定执行器运动的期望轨迹，例如位置和/或速度，从而以期望方式驱动被执行机构11。一旦主机CPU9被编程，就由主机CPU9控制实际运动的伺服控制。每个主机CPU9监控实际轨迹，并且如果实际轨迹与期望轨迹相差超过预定数量则停止运动。

在中央处理器4想要启动运动时，其将“启动”信号广播到所有远程主机CPU9。

主机CPU9将表示执行器输出的实际值Y和期望值R之间的偏差(之差)的信号传输给中央处理器4。在此示例中，信号表示参考值和实际值之差或之间的偏差R-Y。中央处理器4监控该偏差。在一个示例中，中央处理器4比较各个执行器的偏差。如果偏差在预设容限范围内是相同的，那么不需要采取行动。如果偏差彼此相差超过预定阈值量，那么中央处理器4停止所有执行器的运动。

由中央处理器以比测量伺服系统3中的伺服误差的频率低的频率监控和比较执行器的偏差R-Y。监控偏差R-Y并比较偏差的频率是系统设计者的一种选择，例如，如果执行器组正缓慢地使大的被执行机构运动，那么可以每秒监控偏差一次，然而如果使较小的被执行机构更加快速地运动，那么将更加频繁地监控偏差。

通过进一步阐释，执行器随着时间机械地降低性能，因此实际位置和期望位置之间的偏差可能增加。在一定程度上，由主机CPU9提供的伺服控制维持被执行机构11的期望位置，即使当执行器性能降低时。此外，相同的电机有可能类似地降低性能。然而，如果性能降低不相似，那么被执行机构和/或执行器的运动可能涉及用力过度(excessive force)。由中央处理器监控的各个伺服系统的偏差之差允许检测到不同的性能降低。中央处理器4监控由每个伺服系统测量的偏差R-Y，而不是绝对位置。中央处理器4可以发送请求到每个伺服系统，请求伺服系统提供偏差R-Y，或者每个伺服系统可以在没有这种请求的情况下发送偏差到中央处理器。

参考图2，图2是伺服系统的简化框图，伺服系统操作以最小化伺服误差E，该伺服误差是应用到系统的期望或参考值R和反馈的实际值H*Y之差，其中Y是该系统的实际输出值，且H是反馈路径的传递函数。R和Y例如可以是位置或速度。一些伺服可以控制位置和速度两者。通过中央处理器4，期望值R被提供给主机CPU9。一旦被编程，伺服系统操作以独立于中央控制器4来最小化伺服误差E。

伺服系统具有正向路径G，该路径包括执行器10并且还可包括制动机构11。传感器15检测系统的输出的实际值Y。值Y被反馈回具有传递函数H的控制器93。减法器91计算伺服误差E＝R-H*Y。由减法器92计算的偏差R-Y用于经由非确定性通信系统提供给中央处理器4。然而，为了便于阐释，控制器93以及减法器91和减法器92显示为硬件框，但在此示例中，它们通过由主机CPU9运行的软件来实现。各个伺服系统中的每一个可以被编程以监控其自身的偏差R-Y的值，并且如果该值超过预定量，则停止其执行器的运动。中央处理器接收偏差值，确定该偏差值太高，并发送信号到其它伺服以停止运动。(应该注意，偏差(R-Y)与伺服误差E＝R-H*Y是不同的)。

通信系统1是非确定性的。通过使用主机CPU9来控制执行器，需要以高频率精确测量的每个执行器的伺服控制，不要求使用通信系统1。使用主机CPU9还允许到执行器的短信号路径，即短电缆，其具有降低的噪音和较低的成本。

中央处理器4通过CAN总线系统1以低频率接收偏差值R-Y，并且具有不确定的时序。

因为执行器的伺服控制由独立于中央处理器的主机处理器实施，(一旦主机处理器已经由中央处理器编程)，因此控制系统的可扩展性是高的：添加更多的伺服系统和执行器对中央处理器具有小的影响。

前述说明假定执行器3A、执行器3B驱动同一单个打印机部件。打印机可以包括其它部件，其它部件中的每一个由一个或多个其它执行器驱动。中央处理器4通过执行器协调所有打印机部件的运动的控制。该系统可以具有若干同步的执行器组。这意味着所有执行器将在同时运动并具有同一速度。该系统可以具有两个或更多个由一个或更多个同步电机构成的独立组。所有独立组可由中央处理器4控制。

上述示例将被理解为本发明的说明性示例。可以设想本发明的其它示例。虽然上述示例涉及打印机和该打印机部件的控制，但本发明不限于打印机并且可以应用到其它机构。虽然上述示例使用CAN总线系统，但可以使用其它非确定性通信系统，例如以太网。

应该理解，关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用，或者与描述的其它特征组合使用，并且还可以与任何其它示例的一个或多个特征组合使用，或者与任何其它示例的任何组合组合使用。此外，在不脱离随附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面没有描述的等同物和修改。

Claims (14)

1.一种用于控制执行器的控制系统，所述系统包括：

中央处理器；

多个执行器；

用于控制相应执行器的多个伺服系统；

每个伺服系统独立于所述中央处理器可操作，以根据参考值控制受控参数的实际值；以及

非确定性通信系统，所述多个伺服系统和所述中央处理器经由所述非确定性通信系统通信，

其中所述多个伺服系统经由所述非确定性通信系统将表示由所述多个伺服系统测量的、所述参考值和所述实际值之间的偏差的信号提供给所述中央处理器，并且所述中央处理器比较由各个伺服系统测量的偏差。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述中央处理器在比较的偏差之差超过预定阈值的情况下，停止所述多个执行器的操作。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中每个伺服系统包括用于控制与该伺服系统关联的执行器的可编程主机处理器，并且所述中央处理器经由所述通信系统对每个主机处理器进行编程，以根据所述参考值限定通过该伺服系统对所述受控参数的控制。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述非确定性通信系统是CAN总线系统或者以太网通信系统。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中每个伺服系统以比监控该伺服系统中的伺服误差的频率低的频率将偏差值提供给所述中央处理器。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述中央处理器请求通过所述伺服系统供应所述偏差值。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述中央处理器在由所述伺服系统中至少之一测量的所述偏差超过预定极限值的情况下，停止所述多个执行器的操作。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述中央处理器通过所述多个伺服系统控制所述多个执行器的动作的启动。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述多个执行器作用于机器的同一部件。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述多个执行器作用于机器的相应部件。

11.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述机器是打印机。

12.一种对系统中的执行器进行控制的方法，包括：

中央处理器；

多个执行器；

用于控制相应执行器的多个伺服系统；以及

非确定性通信系统，所述伺服系统和所述中央处理器经由所述非确定性通信系统通信，

其中每个伺服系统独立于所述中央处理器根据参考值控制受控参数的实际值，并且

所述伺服系统经由非确定性总线系统将表示参考值和实际值之间的偏差的信号提供给所述中央处理器，并且

所述中央处理器比较由各个伺服系统测量的偏差。

13.根据权利要求12所述的方法，其中每个伺服系统控制的所述实际值如果与所述参考值相差超过预设量，则每个伺服系统停止操作。

14.根据权利要求12所述的方法，其中每个伺服系统控制伺服误差并且将所述偏差值以一频率提供给所述中央处理器；所述伺服误差是所述参考值、所述实际值和所述伺服系统的传递函数的函数，所述偏差值是所述参考值和所述实际值之差，所述频率比所述伺服系统中的所述伺服误差的监控频率低。