CN106911268B - 用于控制电机的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于控制电机的方法和系统。具体地，提供了一种用于控制电机的方法，包括：从第一伺服驱动器中获取用于驱动第一电机的第一运动序列；从第二伺服驱动器中获取用于驱动第二电机的第二运动序列；以及在同步信号的控制下，利用第一伺服驱动器驱动第一电机按照第一运动序列操作，以及利用第二伺服驱动器驱动第二电机按照第二运动序列操作。进一步提供了一种用于控制电机的系统，包括：第一伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第一电机的第一运动序列；第二伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第二电机的第二运动序列；其中第一和第二伺服驱动器进一步被配置以在同步信号的控制下，驱动第一和第二电机分别按照第一和第二运动序列操作。

Description

用于控制电机的方法和系统

技术领域

本发明的各实施方式涉及控制电机，更具体地，涉及利用伺服驱动器来实现多个电机的多轴同步的方法和系统。

背景技术

伺服驱动器在伺服系统中控制电机的运转。伺服驱动器可以准确地控制速度、位置精度，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。在工业生产中经常使用伺服电机来控制生产线上的各种设备。

例如，在二维绘图仪中，可以分别使用两个伺服驱动器来控制二维绘图仪的绘图元件沿X轴和Y轴两个方向的运动。由于绘图元件沿X轴和Y轴的运动轨迹是分别由两个伺服驱动器来控制的，因而这两个伺服驱动器在驱动相应电机时必须达到精确同步，才能保证绘图元件能够在XY平面上绘制出期望的图形。

又例如，在三维雕刻机中，可以分别使用三个伺服驱动器来控制三维雕刻机的雕刻刀沿X、Y和Z轴三个方向的运动。此时，三个伺服驱动器在驱动相应电机时必须达到精确同步，才能保证雕刻刀能够在XYZ空间中雕刻出期望的形状。此外，在工业生产线上还可能遇到四个甚至更多电机的转轴需要严格同步的情况，此时，如何精确地控制并实现多轴同步成为一项亟待解决的问题。

发明内容

因而，期望能够开发一种能够准确、高效地实现电机的多轴同步的技术方案。期望该技术方案可以充分利用现有的伺服驱动器中的已有功能和设置，并且以尽可能简单和低成本的方式，来实现多轴同步。

在本发明的一个实施方式中，提供了一种用于控制电机的方法，包括：从第一伺服驱动器中获取用于驱动第一电机的第一运动序列；从第二伺服驱动器中获取用于驱动第二电机的第二运动序列；以及在同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：利用信号发生器生成所述同步信号。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：利用所述第一伺服驱动器和所述第二伺服驱动器中的任一项生成所述同步信号。

在本发明的一个实施方式中，提供了一种用于控制电机的系统，包括：第一伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第一电机的第一运动序列；第二伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第二电机的第二运动序列；其中所述第一伺服驱动器进一步被配置以在同步信号的控制下，驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及所述第二伺服驱动器被配置以在所述同步信号的控制下，驱动第二电机按照第二运动序列操作。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：信号发生器，被配置以生成所述同步信号。

在本发明的一个实施方式中，所述第一伺服驱动器和所述第二伺服驱动器中的任一项被配置以生成所述同步信号。

在本发明的一个实施方式中，所述第一伺服驱动器进一步被配置以存储所述第二运动序列；或者所述第二伺服驱动器进一步被配置以存储所述第二运动序列。

采用本发明所述的方法和系统，可以充分利用现有的伺服驱动器中的已有功能和设置，并且以尽可能简单和低成本的方式，来实现多轴同步。另外，采用本发明所述的方法和装置，还可以简化现有的多轴同步技术方案，可以在不使用同步控制器和高速总线的情况下精确地控制多个电机的操作。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示意性示出了根据一个技术方案的用于实现多轴同步的技术方案的框图；

图2示意性示出了根据另一技术方案的用于实现多轴同步的技术方案的框图；

图3示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的技术方案的框图；

图4示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的方法的流程图；

图5示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的技术方案的更多细节；

图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的技术方案的更多细节；

图7A示意性示出了根据本发明一个实施方式的第一运动序列的图示，以及图7B示意性示出了根据本发明一个实施方式的第二运动序列的图示；以及

图8示意性示出了根据本发明一个实施方式的根据多个运动序列来驱动多个电机的操作的图示。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

现有技术中已经提出了用于控制多个电机的多轴同步的技术方案。具体地，在高端设备中，可以采用控制器和高速总线来实现多轴同步。图1示意性示出了根据一个技术方案的用于实现多轴同步的技术方案的框图100。如图1所示，控制器110耦合至高速总线120，并且可以经由高速总线120来向多个伺服驱动器130、132和134发出控制命令。应当注意，尽管如图1所示的架构100可以精确地控制伺服驱动器130、132和134进而驱动相应的电机(在图1中未示出)，该架构100的设计和实现相对复杂并且控制器110和高速总线120具有较高的成本。因而，如图1所示的技术方案仅仅适合于在高端的大型多轴同步系统中使用，并不适合于低端系统。

图2示意性示出了根据另一技术方案的用于实现多轴同步的技术方案的框图200。如图2所示的技术方案的实现较为简单并且成本相对较低，适合于在低端或者小型系统中使用。控制器210中存储用于驱动电机时使用的序列数据。具体地，控制器210可以存储用于由伺服驱动器130使用的第一运动序列220、用于由伺服驱动器132使用的的第二运动序列222、以及用于由伺服驱动器134使用的第三运动序列224。在图2所示的技术方案中，在以脉冲串方式传输的位置命令(例如，脉冲串位置命令序列230)的控制下，各个伺服驱动器可以按照自己的运动序列来驱动电机。例如，伺服驱动器130可以驱动电机来按照第一运动序列220操作，伺服驱动器132可以驱动电机来按照第二运动序列222操作，以及伺服驱动器134可以驱动电机来按照第三运动序列224操作。

尽管如图1和图2所示的技术方案在一定程度上实现了多个电机的多轴同步，然而，这两个技术方案都需要购买并配置专用的设备(例如，图1的技术方案需要专用控制器110和高速总线120，图2的技术方案需要专用控制器210)，才能实现多轴同步的目的。因而，期望能够开发出一种在无需额外的专用设备的情况下，实现多轴同步的技术方案。

应当注意，为清楚起见，在附图中省略了伺服驱动器所驱动的电机。本领域技术人员可以根据具体应用环境的要求来配置电机。例如，电机可以被集成在伺服驱动器中，或者还可以作为独立的硬件设备耦合至伺服驱动器。

针对上述现有技术方案中的诸多不足，本发明的各个实施方式提供了一种用于控制电机的方法，包括：从第一伺服驱动器中获取用于驱动第一电机的第一运动序列；从第二伺服驱动器中获取用于驱动第二电机的第二运动序列；以及在同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作。

具体地，图3示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的技术方案的框图300。根据本发明的实施方式，用于驱动每个电机的运动序列可以被存储在对应的伺服驱动器中。具体而言，用于驱动一个电机的一个运动序列320可以被存储至一个伺服驱动器330中，而用于驱动另一电机的另一运动序列322可以被存储至可以被存储至另一伺服驱动器332中。

以此方式，伺服驱动器330和332在同步信号310的控制下，即可分别驱动第一电机按照运动序列320操作，并驱动第二电机按照运动序列322操作。具体而言，当伺服驱动器330和332分别用于控制驱动绘图仪的绘图元件的电机时，绘图元件即可按照预先存储的第一运动序列320和第二运动序列322来在XY平面上绘制出期望的图像。

图4示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的方法的流程图400。如图4所示，在步骤S410中，从第一伺服驱动器中获取用于驱动第一电机的第一运动序列。采用本发明的各个实施方式，可以在无需控制器(例如，图1和图2中所示的控制器110和210)的情况下，控制多个电机的同步操作。此时，用于驱动各个电机的运动序列可以存储在相应的伺服驱动器中，以便在使用时可以直接由伺服驱动器调取。

在步骤S420中，从第二伺服驱动器中获取用于驱动第二电机的第二运动序列。在本发明的各个实施方式中，用于控制一个电机的运动序列可以存储在用于驱动该电机的伺服驱动器中，也可以存储在用于驱动其他电机的伺服驱动器中。

具体而言，用于控制第二电机的第二运动序列可以存储在用于驱动该第二电机的第二伺服驱动器中。此时，需要从第二伺服驱动器中获取第二运动序列。

在步骤S430，在同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作。

继续上文绘图仪的示例，当只有两个伺服驱动器用于控制绘图元件在XY方向的运动时，绘图元件在XY屏幕上绘制出的是连续的线型(例如，直线、折线、曲线等)。当绘图元件具有三个自由度(X、Y和Z)时，则第三个伺服驱动器可以控制绘图元件的Z方向的操作，以便在绘图期间模拟“落笔”和“抬笔”操作。此时，在用于控制X、Y和Z三个方向的伺服驱动器的操纵下，绘图仪可以绘制出更加复杂的图像。

在本发明的一个实施方式中，利用信号发生器生成所述同步信号。图5示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的技术方案的更多细节。如图5所示，伺服驱动器330和伺服驱动器332可以接收同步信号310。此时，可以利用信号发生器510来生成同步信号310。在本发明的一个实施方式中，信号发生器510可以是PLC(可编程序控制器)、计算机、以及各种专业控制器等可以发出符合要求的同步信号的设备。应当注意，尽管在图5中仅仅示意性示出了两个伺服驱动器330和332，在本发明的其他实施方式中，还可以存在三个或者更多的伺服驱动器。此时，三个或者更多的伺服驱动器均接收同步信号310。

在本发明的一个实施方式中，利用所述第一伺服驱动器和所述第二伺服驱动器中的任一项生成所述同步信号。图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的用于实现多轴同步的技术方案的更多细节。如图6所示，此时伺服驱动器330还可以充当提供同步信号310的信号源，以便向伺服驱动器332提供同步信号310。应当注意，尽管在图6中仅仅示意性示出了两个伺服驱动器，在本发明的其他实施方式中，还可以存在三个或者更多的伺服驱动器。在同步信号310的控制下，每个伺服驱动器都可以驱动相应的电机来按照预先存储在该伺服驱动器中的运动序列操作电机。

此时，第三个、第四个伺服驱动器都以类似于伺服驱动器332的方式，接收来自伺服驱动器330的同步信号310。在同步信号310的控制下，每个伺服驱动器都可以驱动相应的电机来按照预先存储在该伺服驱动器中的运动序列操作电机。

在本发明的一个实施方式中，所述同步信号是单频率脉冲串、多频率脉冲串以及非周期脉冲串中的任一项。应当注意，在本发明的上下文中并不限制同步信号的形式，例如，同步信号可以是200KHz的单频率脉冲串。或者，在不同的时间区间，同步信号可以具有不同的频率；或者，同步信号还可以是非周期脉冲。同步信号的性质是基于期望多个电机所实现的目的而设置的。

在本发明的一个实施方式中，所述第一运动序列是基于时间的用于驱动所述第一电机的第一序列；以及所述第二运动序列是基于时间的用于驱动所述第二电机的第二序列。在此实施方式中各个运动序列都是基于时间而设置的，在此基于时间的含义是指，运动序列中指明了在不同的时间点时电机的目标。

具体地，可以以不同的数据结构来描述运动序列。图7A示意性示出了根据本发明一个实施方式的第一运动序列的图示700A，以及图7B示意性示出了根据本发明一个实施方式的第二运动序列的图示700B。继续上文绘图仪的示例，图7A中示出的运动序列可以是用于控制绘图仪的绘图元件沿X轴方向运动的轨迹，而图7B中示出的运动序列可以是用于控制绘图仪的绘图元件沿Y轴方向运动的轨迹。此时，在运动序列中的每个时间点处，可以分别基于图7A和图7B来找到绘图元件的位置。以此方式，绘图元件即可绘制出期望的图像。

应当注意，在此实施方式中，同步信号的频率可以指示两个电机同步的相邻时间点之间的差值。例如，当同步信号的频率为200KHz时，则两个电机每隔5μs同步一次。具体而言，在时间为0时，绘图元件位于坐标原点(X＝Y＝0)处；在时间为5μs时，绘图元件位于坐标(x，y)处，其中x和y分别为从图7A和图7B中获得的在时间为5μs时的纵坐标；当时间为10μs、15μs、20μs…时，操作类似。

在本发明的一个实施方式中，所述第一序列是第一电机的速度、位置以及转矩中的任一项；以及所述第二序列是第二电机的速度、位置以及转矩中的任一项。

应当注意，在上文图7A和图7B中仅图示了以位置来描述电机的运动序列的情况。由于电机的位置与电机的速度和转矩之间具有对应关系，因而还可以采用电机的转速和转矩来描述运动序列。在此不再赘述。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：在所述同步信号的控制下，校准所述第一伺服驱动器的第一时钟，以及校准所述第二伺服驱动器的第二时钟。应当注意，为了更加精确地控制多个电机的同步，还可以在启动该多个电机之前，利用同步信号校准分别用于驱动该多个电机的多个伺服驱动器。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：在同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作进一步包括：基于经校准的所述第一时钟，在所述同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作；以及基于经校准的所述第二时钟，在所述同步信号的控制下，利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作。在此实施方式中，基于校准后的时钟信号，由各个伺服驱动器来在同步信号的控制下分别驱动相应的电机按照各自的运动序列操作。

在本发明的一个实施方式中，所述第一电机被集成在所述第一伺服驱动器中，或者被耦合至所述第一伺服驱动器；以及所述第二电机被集成在所述第二伺服驱动器中，或者被耦合至所述第二伺服驱动器。在此实施方式中，并不限定电机与伺服驱动器是独立的硬件设备还是被集成在一个硬件设备中。本领域技术人员可以根据具体应用环境的需求来相应地进行处理。

图8示意性示出了根据本发明一个实施方式的根据多个运动序列来驱动多个电机的操作的图示800。如图8所示，第一运动序列810、第二运动序列812、第三运动序列814和同步信号816分别如图8中所示。上述运动序列和同步信号一起用于控制如图8下部所示的三个伺服驱动器。

继续上文绘图仪的示例，第一伺服驱动器820配置用于驱动绘图仪的绘图元件沿X方向的运动，第二伺服驱动器822配置用于驱动绘图仪的绘图元件沿Y方向的运动，以及第三伺服驱动器820配置用于驱动绘图仪的绘图元件沿Z方向的运动。在第一伺服驱动器820、第二伺服驱动器822和第三伺服驱动器824的控制下，相应的第一、第二和第三电机(未示出)可以将绘图元件沿着三个坐标轴自由地移动(例如，移动至虚线所示的位置处)，以便绘制出期望的图像。

在本发明的一个实施方式中，提供了一种用于控制电机的系统，包括：第一伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第一电机的第一运动序列；第二伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第二电机的第二运动序列；其中所述第一伺服驱动器进一步被配置以在同步信号的控制下，驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及所述第二伺服驱动器被配置以在所述同步信号的控制下，驱动第二电机按照第二运动序列操作。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：信号发生器，被配置以生成所述同步信号。

在本发明的一个实施方式中，所述第一伺服驱动器和所述第二伺服驱动器中的任一项被配置以生成所述同步信号。

在本发明的一个实施方式中，所述同步信号是单频率脉冲串、多频率脉冲串以及非周期脉冲串中的任一项。

在本发明的一个实施方式中，所述第一运动序列是基于时间的用于驱动所述第一电机的第一序列；以及所述第二运动序列是基于时间的用于驱动所述第二电机的第二序列。

在本发明的一个实施方式中，所述第一序列是第一电机的速度、位置以及转矩中的任一项；以及所述第二序列是第二电机的速度、位置以及转矩中的任一项。

在本发明的一个实施方式中，进一步包括：校准装置，被配置以在所述同步信号的控制下，校准所述第一伺服驱动器的第一时钟，以及校准所述第二伺服驱动器的第二时钟。

在本发明的一个实施方式中，所述第一伺服驱动器进一步被配置以基于经校准的所述第一时钟，在所述同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作；以及所述第二伺服驱动器进一步被配置以基于经校准的所述第二时钟，在所述同步信号的控制下，利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作。

在本发明的一个实施方式中，所述第一电机被集成在所述第一伺服驱动器中；以及所述第二电机被集成在所述第二伺服驱动器中。

前面已经参考附图描述了实现本发明的方法的各个实施方式。本领域技术人员可以理解的是，上述方法既可以以软件方式实现，也可以以硬件方式实现，或者通过软件与硬件相结合的方式实现。并且，本领域技术人员可以理解，通过以软件、硬件或者软硬件相结合的方式实现上述方法中的各个步骤，可以提供一种基于相同发明构思的一种设备。即使该设备在硬件结构上与通用处理设备相同，由于其中所包含的软件的作用，使得该设备表现出区别于通用处理设备的特性，从而形成本发明的各个实施方式的设备。本发明中所述设备包括若干装置或模块，所述装置或模块被配置为执行相应步骤。本领域的所述技术人员通过阅读本说明书可以理解如何编写程序实现所述装置或模块执行的动作。由于所述设备与方法基于相同的发明构思，因此其中相同或相应的实现细节同样适用于与上述方法对应的装置或模块，由于其在上文中已经进行了详细和完整的描述，因此在下文中可能不再进行赘述。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施方式的系统、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本发明的各实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施方式。在不偏离所说明的各实施方式的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施方式的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施方式。

Claims (14)

1.一种用于控制电机的方法，包括：

从第一伺服驱动器中获取用于驱动第一电机的第一运动序列，其中所述第一运动序列是基于时间的用于驱动所述第一电机的第一序列，所述第一序列是第一电机的速度、位置以及转矩中的任一项；

从第二伺服驱动器中获取用于驱动第二电机的第二运动序列；以及

在同步信号的控制下，利用所述第一伺服驱动器驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及利用所述第二伺服驱动器驱动所述第二电机按照所述第二运动序列操作。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

利用信号发生器生成所述同步信号。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

利用所述第一伺服驱动器和所述第二伺服驱动器中的任一项生成所述同步信号。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中：

所述同步信号是单频率脉冲串、多频率脉冲串以及非周期脉冲串中的任一项。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中：

所述第二运动序列是基于时间的用于驱动所述第二电机的第二序列。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述第二序列是第二电机的速度、位置以及转矩中的任一项。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中：

所述第一电机被集成在所述第一伺服驱动器中，或者被耦合至所述第一伺服驱动器；以及

所述第二电机被集成在所述第二伺服驱动器中，或者被耦合至所述第二伺服驱动器。

8.一种用于控制电机的系统，包括：

第一伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第一电机的第一运动序列，其中所述第一运动序列是基于时间的用于驱动所述第一电机的第一序列，所述第一序列是第一电机的速度、位置以及转矩中的任一项；

第二伺服驱动器，被配置以存储用于驱动第二电机的第二运动序列；

其中所述第一伺服驱动器进一步被配置以在同步信号的控制下，驱动所述第一电机按照所述第一运动序列操作，以及所述第二伺服驱动器进一步被配置以在所述同步信号的控制下，驱动第二电机按照第二运动序列操作。

9.根据权利要求8所述的系统，包括：

信号发生器，被配置以生成所述同步信号。

10.根据权利要求8所述的系统，其中：

所述第一伺服驱动器和所述第二伺服驱动器中的任一项进一步被配置以生成所述同步信号。

11.根据权利要求8-10中的任一项所述的系统，其中：

所述同步信号是单频率脉冲串、多频率脉冲串以及非周期脉冲串中的任一项。

12.根据权利要求8-10中的任一项所述的系统，其中：

所述第二运动序列是基于时间的用于驱动所述第二电机的第二序列。

13.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述第二序列是第二电机的速度、位置以及转矩中的任一项。

14.根据权利要求8-10中的任一项所述的系统，其中：

所述第一电机被集成在所述第一伺服驱动器中；以及

所述第二电机被集成在所述第二伺服驱动器中。