CN108549026B - 多轴控制系统的同步性能检测方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多轴控制系统的同步性能检测方法、装置和系统，其中方法包括步骤：采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个电机按照规划轨迹带动负载运动，根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差，根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测。上述多轴控制系统的同步性能检测方法，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

Description

多轴控制系统的同步性能检测方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及电机测试技术领域，特别是涉及一种多轴控制系统的同步性能检测方法、装置和系统。

背景技术

总线控制器与总线伺服驱动器凭借传输速率高，数据量大与接线简单等特点，大量应用在高端多轴控制系统之中。对于总线控制器与总线型伺服驱动器，其同步性能是考量其性能的重要指标，例如在工业机器人行业的应用中，其同步性能直接影响到机械手末端空间轨迹的精度。

为了测试电机的同步性能，现有技术通常采用设计的电机测试装置，对电机的运动性能进行测试，然而，现有技术仅能测试单个电机的基本数据，不能满足多轴控制系统中多个电机的同步性能测试的要求，其测试方法与结果也不能体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够高效细致地检测多轴控制系统的电机同步性能的多轴控制系统的同步性能检测方法、装置和系统。

一种多轴控制系统的同步性能检测方法，包括以下步骤：

采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个电机按照规划轨迹带动负载运动；

根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差；

根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测。

上述多轴控制系统的同步性能检测方法，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

在一个实施例中，所述根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差的步骤包括：

建立与电机数目相同维度的欧氏空间，其中，欧氏空间的每一个维度对应一个电机；

获取各个电机的位移数据以及该位移数据在欧氏空间中对应的维度，根据位移数据以及对应的维度，将各个电机的位移数据进行合成，生成在欧氏空间中的运动轨迹；

获取在所述欧氏空间中的规划轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，计算运动轨迹与规划轨迹中同一时刻的两点之间的最大的欧氏空间距离，为空间运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差。

上述实施例的技术方案，在建立的欧氏空间中合成各个电机的实际位移数据对应的实际的欧氏空间的运动轨迹，与规划轨迹进行对比，计算运动轨迹与规划轨迹中同一时刻的两点之间的最大的欧氏空间距离，可以准确而直观地获知由于各个电机的同步误差导致的最终实际运行的运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差，从结果上直观而准确地对多轴控制系统中各个电机的同步性能进行检测。

在一个实施例中，本发明实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法，还包括步骤：采集多轴控制系统中各个电机的转矩数据和转速数据；根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差；

根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测的步骤包括：根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对多轴控制系统的同步性能进行检测。

上述实施例的技术方案，在测试电机的位移数据进行轨迹误差的比对以测试同步性能之外，还测试了电机的转矩数据和转速数据，并分别计算转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差，对多轴控制性能的同步性能进行检测，可以更细致地获知多轴控制系统中具体地同步性能测试中转矩、转速和位移的同步差异，得到更全面细致地多轴控制系统的同步性能检测结果。

在一个实施例中，所述根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差的步骤包括：

根据接收的转矩数据、转速数据和位移数据，分别绘制各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图；

分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐后进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差。

在一个实施例中，所述分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐并进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差的步骤包括：

将转矩曲线图按照时间轴对齐，获取各个转矩曲线的第一曲线参照点对应的第一参照时间进行对比，获取其中每两个转矩曲线之间的第一参照时间差值，选取第一参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转矩同步时间差；

将转速曲线图按照时间轴对齐，获取各个转速曲线的第二曲线参照点对应的第二参照时间进行对比，获取其中每两个转速曲线之间的第二参照时间差值，选取第二参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转速同步时间差；

将位移曲线图按照时间轴对齐，获取各个位移曲线的第三曲线参照点对应的第三参照时间进行对比，获取其中每两个位移曲线之间的第三参照时间差值，选取第三参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的位移同步时间差。

上述实施例的技术方案，通过绘制转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图，并对各个曲线图中各个电机的曲线进行比对，以选定的参照点为基准，分别分析各个电机之间比较的最大的转矩时间差、最大的转速时间差和最大的位移时间差，作为系统的同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差，可以直观而快速地获取系统中各项参数的同步时间差异。

在一个实施例中，所述根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对多轴控制系统电机的同步性能进行检测的步骤之后，还包括步骤：根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，生成对应的检测结果数据图表，并显示检测结果数据图表。

上述实施例的技术方案，可以将前述实施例获取的曲线图和计算的数据等等进行分析生成对应的检测结果数据图表进行显示，方便用户获知电机同步性能的检测结果。

本发明还提供一种多轴控制系统的同步性能检测装置，包括：

数据采集模块，用于采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个电机按照规划轨迹驱动负载运动；

轨迹差计算模块，用于根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差；

同步检测模块，用于根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测。

上述多轴控制系统的同步性能检测装置，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现伺服驱动器最终实现的空间运动轨迹的精度。

在一个实施例中，还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种多轴控制系统的同步性能检测方法。

上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

在一个实施例中，还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种多轴控制系统的同步性能检测方法。

上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

此外，本发明还提供一种多轴控制系统的同步性能检测系统，包括：总线控制器、多个驱动器以及对应的多个电机、与各个电机匹配的运动检测装置，以及与各个运动检测装置连接的信号处理器、多通道数据采集装置和处理器；

总线控制器分别通过各个驱动器连接对应的电机，用于检测电机的运动数据的运动检测装置设于电机与负载之间，各个运动检测装置通过连接的信号处理器连入多通道数据采集装置，多通道数据采集装置连接处理器，将采集的各个电机的运动数据发送至处理器；

处理器用于执行如上任意一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法。

在一个实施例中，运动检测装置为转矩转速传感器，转矩转速传感器分别通过第一联轴器和第二联轴器连接于电机和负载之间。

上述多轴控制系统的同步性能检测系统，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，运动检测装置检测各个电机的运动数据，通过信号处理器进行信号放大和处理之后，通过多通道数据采集装置同步采集，并发送至处理器，处理器将同步采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

附图说明

图1为一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测系统结构示意图；

图2为一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法的流程示意图；

图3为一个实施例的轨迹误差获取步骤的流程示意图；

图4为另一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法的流程示意图；

图5为一个实施例的时间差获取步骤的流程示意图；

图6为一个实施例的转矩同步时间差测试结果示意图；

图7为一个实施例的转速同步时间差测试结果示意图；

图8为一个实施例的位移同步时间差测试结果示意图；

图9为一个实施例的轨迹误差测试结果示意图；

图10为一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测装置的结构框图；

图11为另一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的多轴控制系统的同步性能检测方法，可以应用于如图1所示的多轴控制系统的同步性能检测系统中。其中，该多轴控制系统的同步性能检测系统包括：总线控制器101、多个驱动器102以及对应的多个电机103、与各个电机103匹配的运动检测装置104，以及与各个运动检测装置104连接的信号处理器105、多通道数据采集装置106和处理器107；

总线控制器101分别通过各个驱动器102连接对应的电机103，通过各个驱动器102分别控制各个电机103，带动该电机103连接的负载108进行运动；运动检测装置104设于电机103与负载108之间，用于检测电机103的运动数据；各个运动检测装置104通过连接的信号处理器105连入多通道数据采集装置106，将检测的电机103的运动数据通过信号处理器105进行信号处理后发送至多通道数据采集装置106；多通道数据采集装置106连接处理器107，将采集的各个电机103的运动数据发送至处理器107；处理器107用于对多轴控制系统的同步性能进行检测分析。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种多轴控制系统的同步性能检测方法，以该方法应用于图1中的处理器为例进行说明，包括以下步骤：

S210，采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个电机按照规划轨迹带动负载运动。

其中，规划轨迹为根据测试需求预设的被驱动物体在欧氏空间的规划运动轨迹。总线控制器根据规划轨迹，将被驱动物体载荷分解至各个轴算得的对应负载生成的指令，多轴控制系统中的各个电机可按照运动指令共同控制被驱动物体进行运动。

在此步骤中，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器通过多通道数据采集装置和运动检测装置对各个电机的位移数据同步进行采集。

S220，根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差。

其中，运动轨迹为物体在欧氏空间中的实际的运动轨迹，轨迹误差为该实际的运动轨迹和规划轨迹之间的差异，该差异可以用不同的方式来量度。

在此步骤中，处理器根据前述步骤采集的各个电机的位移数据，合成在欧氏空间的实际的运动轨迹，与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间比较得到的轨迹误差。

S230，根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测。

在此步骤中，根据前述步骤获取的轨迹误差，对多轴控制系统的同步性能进行检测，获取多轴控制系统的同步性能检测结果。

上述多轴控制系统的同步性能检测方法，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

在一个实施例中，参见图3所示，图3为本发明一个实施例的轨迹误差获取步骤的流程示意图，步骤S220中根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差的步骤包括：

S221，建立与电机数目相同维度的欧氏空间，其中，欧氏空间的每一个维度对应一个电机；

S222，获取各个电机的位移数据以及该位移数据在欧氏空间中对应的维度，根据位移数据以及对应的维度，将各个电机的位移数据进行合成，生成在欧氏空间中的运动轨迹；

S223，获取在欧氏空间中的规划轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，计算运动轨迹与规划轨迹中同一时刻的两点之间的最大的欧氏空间距离，为空间运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差。

其中，电机数目为大于或等于二的自然数，欧氏空间的维度与电机数目相同且一一对应，例如可以是对应的二维欧氏空间、三维欧氏空间或者四维欧氏空间等等。

上述实施例的技术方案，在建立的欧氏空间中合成各个电机的实际位移数据对应的实际的欧氏空间的运动轨迹，与规划轨迹进行对比，计算运动轨迹与规划轨迹中同一时刻的两点之间的最大的欧氏空间距离，可以准确而直观地获知由于各个电机的同步误差导致的最终实际运行的运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差，从结果上直观而准确地对多轴控制系统中各个电机的同步性能进行检测。

在一个实施例中，本发明实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法，步骤S210中还包括步骤：采集多轴控制系统中各个电机的转矩数据和转速数据；步骤S210之后还包括：根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差；

步骤S230中的根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测的步骤包括：根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对多轴控制系统的同步性能进行检测。

参见图4所示，图4为本发明另一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法流程示意图，该实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法包括步骤：

S410，采集多轴控制系统中各个电机的位移数据、转矩数据和转速数据，其中，各个电机按照规划轨迹驱动负载运动；

S420，根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差；

S430，根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差；

S440，根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对多轴控制系统电机的同步性能进行检测。

上述实施例的技术方案，在测试电机的位移数据进行轨迹误差的比对以测试同步性能之外，还测试了电机的转矩数据和转速数据，并分别计算转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差，对多轴控制性能的同步性能进行检测，可以更细致地获知多轴控制系统中具体地同步性能测试中转矩、转速和位移的同步差异，得到更全面细致地多轴控制系统的同步性能检测结果。

在一个实施例中，参见图5所示，步骤S420中根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差的步骤包括：

S421，根据接收的转矩数据、转速数据和位移数据，分别绘制各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图；

S422，分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐后进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差。

进一步地，参见图5所示，在一个实施例中，步骤S422中分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐并进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差的步骤包括：

S422a，将转矩曲线图按照时间轴对齐，获取各个转矩曲线的第一曲线参照点对应的第一参照时间进行对比，获取其中每两个转矩曲线之间的第一参照时间差值，选取第一参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转矩同步时间差；

S422b，将转速曲线图按照时间轴对齐，获取各个转速曲线的第二曲线参照点对应的第二参照时间进行对比，获取其中每两个转速曲线之间的第二参照时间差值，选取第二参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转速同步时间差；

S422c，将位移曲线图按照时间轴对齐，获取各个位移曲线的第三曲线参照点对应的第三参照时间进行对比，获取其中每两个位移曲线之间的第三参照时间差值，选取第三参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的位移同步时间差。

其中，第一曲线参照点、第二曲线参照点和第三曲线参照点可以为曲线上任意的用于作为对比的参照点，例如可以是曲线的起始点或峰值点等等。在一个实施例中，第一曲线参照点、第二曲线参照点和第三曲线参照点分别为转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图中曲线的起始点。

上述实施例的技术方案，通过绘制转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图，并对各个曲线图中各个电机的曲线进行比对，以选定的参照点为基准，分别分析各个电机之间比较的最大的转矩时间差、最大的转速时间差和最大的位移时间差，作为系统的同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差，可以直观而快速地获取系统中各项参数的同步时间差异。

在一个实施例中，步骤S230中根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对多轴控制系统电机的同步性能进行检测的步骤之后，还包括步骤：S240，根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，生成对应的检测结果数据图表，并显示检测结果数据图表。

上述实施例的技术方案，可以将前述实施例获取的曲线图和计算的数据等等进行分析生成对应的检测结果数据图表进行显示，方便用户获知电机同步性能的检测结果。

应该理解的是，虽然图2-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

下面再以一个具体的应用实例阐述本发明的多轴控制系统的同步性能检测方法，以应用于图1所示的多轴控制系统的同步性能检测系统，对多轴控制系统中电机1、电机2、电机3共三个电机控制载荷运动进行同步性能测试为例，该应用实例的多轴控制系统的同步性能检测方法具体可以包括如下步骤：

A、在总线控制器中设定测试的规划轨迹，通过总线控制器的编程软件，将所需要的规划轨迹、电机加减速与最大运行速度等信息转化为每个电机与驱动器的运行指令，并由总线控制器在测试过程中控制电机进行运行。

B、启动驱动器并开始使驱动器驱动各个电机带动负载进行运动，多通道数据采集装置同时记录各个电机的运动状态；

C、当电机完成总线控制器中规划轨迹的运动后，多通道数据采集装置统一将数据传输至计算机进行数据分析处理与输出报告：

c1、转矩同步时间差测试：

参见图6所示，图6为本发明一个实施例的转矩同步时间差测试结果示意图，计算机根据多通道数据采集装置的采集结果，将各个电机的转矩曲线按照时间轴进行对齐与排列，对比各个转矩曲线的起始点对应的起始时间差异，其中Δtt12对应电机1与电机2的转矩时间差，Δtt13对应电机1与电机3的转矩时间差，Δtt23对应电机2与电机3之间的转矩时间差，结果间比较Δtt12，Δtt13与Δtt23的大小，记其中最大值为整个系统中最大的转矩同步时间差；

c2、转速同步时间差测试：

参见图7所示，图7为本发明一个实施例的转速同步时间差测试结果示意图，计算机根据多通道数据采集装置的采集结果，将各个电机的转速曲线按照时间轴进行对齐与排列，对比各个转速曲线的起始点对应的起始时间差异，其中Δtv12对应电机1与电机2的转速时间差，Δtv13对应电机1与电机3的转速时间差，Δtt23对应电机2与电机3之间的转速时间差，结果间比较Δtt12，Δtt13与Δtt23的大小，记其中最大值为整个系统中最大的转速同步时间差；

c3、位移同步时间差测试：

参见图8所示，图8为本发明一个实施例的位移同步时间差测试结果示意图，计算机根据多通道数据采集装置的采集结果，将各个电机的位移曲线按照时间轴进行对齐与排列，对比各个位移曲线的起始点对应的起始时间差异，其中Δts12对应电机1与电机2的位移时间差，Δts13对应电机1与电机3的位移时间差，Δtt23对应电机2与电机3之间的位移时间差，结果间比较Δts12，Δts13与Δts23的大小，记其中最大值为整个系统中最大的位移同步时间差。

c4、轨迹误差测试：

参见图9所示，图9为本发明一个实施例的轨迹误差测试结果示意图，计算机根据测试的位移数据，将电机1、电机2和电机3的位移数据模拟合成实际的运动轨迹(图9中实线所示)，其中x轴代表电机1的位移数据信息，y轴代表电机2的位移数据信息，z轴代表电机3的位移数据信息，。

模拟出空间的运动轨迹后与总线控制器中的规划轨迹(图9中虚线所示)进行比较，两条曲线轨迹之间最大的欧式空间距离，记为空间运行轨迹精度的最大轨迹误差Δs；

其中，Δs计算如下：

上式中x为总线控制器规划的电机1位移轨迹点，x’为实际电机1运行的位移，y为总线控制器规划的电机2位移轨迹点，y’为实际电机2运行的位移，z为总线控制器规划的电机3位移轨迹点，z’为实际电机3运行的位移。

上述应用实例的技术方案考虑多轴同步性能，通过总线控制器统一控制，利用多通道数据采集装置，对各个电机的运行数据进行同步采集，统一进行比较，在对数据进行分析时，量化同步性能的考核指标，通过位移、转速与转矩的时间差与空间的轨迹误差，量化统一对多轴驱动器与控制器的同步性能进行考量，可以快速准确地对多轴控制系统的同步性能进行测试分析。

本发明还提供一种多轴控制系统的同步性能检测装置，参见图10所示，图10为本发明一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测系统结构示意图，该实施例的多轴控制系统的同步性能检测装置包括：数据采集模块1010、轨迹差计算模块1020和同步检测模块1040，其中：

数据采集模块1010，用于采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个电机按照规划轨迹驱动负载运动；

轨迹差计算模块1020，用于根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差；

同步检测模块1040，用于根据轨迹误差对多轴控制系统的同步性能进行检测。

上述多轴控制系统的同步性能检测装置，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现伺服驱动器最终实现的空间运动轨迹的精度。

在一个实施例中，参见图11所示，轨迹差计算模块1020包括：

欧氏空间建立模块1021，用于建立与电机数目相同维度的欧氏空间，其中，欧氏空间的每一个维度对应一个电机；

运动轨迹合成模块1022，用于获取各个电机的位移数据以及该位移数据在欧氏空间中对应的维度，根据位移数据以及对应的维度，将各个电机的位移数据进行合成，生成在欧氏空间中的运动轨迹；

轨迹误差获取模块1023，获取总线控制器在欧氏空间中的规划轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行比较，计算运动轨迹与规划轨迹中同一时刻的两点之间的最大的欧氏空间距离，为运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差。

在一个实施例中，本发明实施例的数据采集模块1010还用于采集多轴控制系统中各个电机的转矩数据和转速数据；

参见图11所示，本发明实施例的多轴控制系统的同步性能检测装置还包括：时间差计算模块1030，用于根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差；

同步检测模块1040进一步用于根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对多轴控制系统的同步性能进行检测。

在一个实施例中，时间差计算模块1030包括：

曲线图绘制模块1031，用于根据接收的转矩数据、转速数据和位移数据，分别绘制各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图；

时间差比对模块1032，分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐后进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差。

进一步地，在一个实施例中，参见图11所示，时间差比对模块1032包括：

转矩同步时间差获取模块1032a，用于将转矩曲线图按照时间轴对齐，获取各个转矩曲线的第一曲线参照点对应的第一参照时间进行对比，获取其中每两个转矩曲线之间的第一参照时间差值，选取第一参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转矩同步时间差；

转速同步时间差获取模块1032b，将转速曲线图按照时间轴对齐，获取各个转速曲线的第二曲线参照点对应的第二参照时间进行对比，获取其中每两个转速曲线之间的第二参照时间差值，选取第二参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转速同步时间差；

位移同步时间差获取模块1032c，将位移曲线图按照时间轴对齐，获取各个位移曲线的第三曲线参照点对应的第三参照时间进行对比，获取其中每两个位移曲线之间的第三参照时间差值，选取第三参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的位移同步时间差。

在一个实施例中，本发明实施例的多轴控制系统的同步性能检测装置，还包括：结果显示模块1050，用于根据转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，生成对应的检测结果数据图表，并显示检测结果数据图表。

本发明的多轴控制系统的同步性能检测装置与本发明的多轴控制系统的同步性能检测方法一一对应，在上述多轴控制系统的同步性能检测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于多轴控制系统的同步性能检测装置的实施例中，特此声明。

基于如上所述的实施例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种多轴控制系统的同步性能检测方法。

上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各睡眠辅助方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

据此，在一个实施例中还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种多轴控制系统的同步性能检测方法。

上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，处理器同步采集各个电机的位移数据，并将采集的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

此外，本发明还提供一种多轴控制系统的同步性能检测系统，参见图1所示，包括：总线控制器101、多个驱动器102(参见图1中的驱动器1～n，n为大于或等于2的正整数)以及对应的多个电机103(参见图1中的电机1～n)、与各个电机103匹配的运动检测装置104，以及与各个运动检测装置104连接的信号处理器105、多通道数据采集装置106和处理器107；

总线控制器101分别通过各个驱动器连接对应的电机103，用于检测电机103的运动数据的运动检测装置104设于电机102与负载108之间，各个运动检测装置104通过连接的信号处理器105连入多通道数据采集装置106，多通道数据采集装置106连接处理器107，将采集的各个电机103的运动数据发送至处理器107；

处理器107用于执行如上任意一个实施例的多轴控制系统的同步性能检测方法。

进一步的，在一个实施例中，运动检测装置104为转矩转速传感器，转矩转速传感器分别通过第一联轴器109和第二联轴器110连接于电机103和负载108之间。

上述电机同步性能检测系统，在多轴控制系统中的各个电机根据总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，运动检测装置检测各个电机的运动数据，通过信号处理器进行信号放大和处理之后，通过多通道数据采集装置同步采集，并发送至处理器，处理器将同步采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间中的实际的运动轨迹，将运动轨迹与规划轨迹进行对比获取轨迹误差，通过比对欧氏空间中实际运动轨迹与规划轨迹之间的差异，能够迅速、直观而准确地获知由于各个电机之间的同步误差导致的轨迹误差，从而实现对多轴控制系统的同步性能检测，且可以体现多轴控制系统最终实现的空间运动轨迹的精度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种多轴控制系统的同步性能检测方法，其特征在于，所述多轴控制系统包括：总线控制器、多个驱动器以及对应的多个电机、与各个电机匹配的运动检测装置，以及与各个运动检测装置连接的信号处理器、多通道数据采集装置和处理器；

所述总线控制器分别通过各个驱动器连接对应的电机，用于检测电机的运动数据的所述运动检测装置设于所述电机与负载之间，各个所述运动检测装置通过连接的信号处理器连入多通道数据采集装置，所述多通道数据采集装置连接处理器，将采集的各个电机的运动数据发送至处理器；

所述同步性能检测方法包括：

采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个所述电机按照规划轨迹带动负载运动；所述规划轨迹为根据测试需求预设的负载在欧氏空间的规划运动轨迹，所述各个电机根据所述总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，所述处理器同步采集所述各个电机的位移数据；

根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将所述运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差；所述运动轨迹为负载在欧氏空间中的实际运动轨迹；

根据所述轨迹误差对所述多轴控制系统的同步性能进行检测。

2.根据权利要求1所述的多轴控制系统的同步性能检测方法，其特征在于，还包括步骤：采集多轴控制系统中各个电机的转矩数据和转速数据；

根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差；

所述根据所述轨迹误差对所述多轴控制系统电机的同步性能进行检测的步骤包括：

根据所述转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对所述多轴控制系统的同步性能进行检测。

3.根据权利要求2所述的多轴控制系统的同步性能检测方法，其特征在于，所述根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将所述运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差的步骤包括：

建立与所述电机数目相同维度的欧氏空间，其中，所述欧氏空间的每一个维度对应一个电机；

获取各个电机的位移数据以及该位移数据在所述欧氏空间中对应的维度，根据所述位移数据以及对应的维度，将各个电机的位移数据进行合成，生成在所述欧氏空间中的运动轨迹；

获取在所述欧氏空间中的规划轨迹，将所述运动轨迹与所述规划轨迹进行比较，计算所述运动轨迹与所述规划轨迹中同一时刻的两点之间的最大的欧氏空间距离，为所述运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差。

4.根据权利要求2所述的多轴控制系统的同步性能检测方法，其特征在于，所述根据采集的各个电机的转矩数据、转速数据和位移数据，计算各个电机之间的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差的步骤包括：

根据接收的转矩数据、转速数据和位移数据，分别绘制各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图；

分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐后进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差。

5.根据权利要求4所述的多轴控制系统的同步性能检测方法，其特征在于，所述分别对各个电机的转矩曲线图、转速曲线图和位移曲线图按照时间轴对齐并进行比对，获取各个电机的转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差的步骤包括：

将所述转矩曲线图按照时间轴对齐，获取各个转矩曲线的第一曲线参照点对应的第一参照时间进行对比，获取其中每两个转矩曲线之间的第一参照时间差值，选取所述第一参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转矩同步时间差；

将所述转速曲线图按照时间轴对齐，获取各个转速曲线的第二曲线参照点对应的第二参照时间进行对比，获取其中每两个转速曲线之间的第二参照时间差值，选取所述第二参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的转速同步时间差；

将所述位移曲线图按照时间轴对齐，获取各个位移曲线的第三曲线参照点对应的第三参照时间进行对比，获取其中每两个位移曲线之间的第三参照时间差值，选取所述第三参照时间差值中的最大值，作为各个电机之间的位移同步时间差。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的多轴控制系统的同步性能检测方法，其特征在于，所述根据所述转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，对所述多轴控制系统的同步性能进行检测的步骤之后，还包括步骤：

根据所述转矩同步时间差、转速同步时间差、位移同步时间差和轨迹误差，生成对应的检测结果数据图表，并显示所述检测结果数据图表。

7.一种多轴控制系统的同步性能检测装置，其特征在于，所述多轴控制系统包括：总线控制器、多个驱动器以及对应的多个电机、与各个电机匹配的运动检测装置，以及与各个运动检测装置连接的信号处理器、多通道数据采集装置和处理器；

所述总线控制器分别通过各个驱动器连接对应的电机，用于检测电机的运动数据的所述运动检测装置设于所述电机与负载之间，各个所述运动检测装置通过连接的信号处理器连入多通道数据采集装置，所述多通道数据采集装置连接处理器，将采集的各个电机的运动数据发送至处理器；

所述同步性能检测装置包括：

数据采集模块，用于采集多轴控制系统中各个电机的位移数据，其中，各个所述电机按照规划轨迹带动负载运动；所述规划轨迹为根据测试需求预设的负载在欧氏空间的规划运动轨迹，所述各个电机根据所述总线控制器下达的运动指令带动对应的负载进行运动的过程中，所述处理器同步采集所述各个电机的位移数据；

轨迹差计算模块，用于根据采集的各个电机的位移数据合成欧氏空间的运动轨迹，将所述运动轨迹与规划轨迹进行比较，获取运动轨迹与规划轨迹之间的轨迹误差；所述运动轨迹为负载在欧氏空间中的实际运动轨迹；

同步检测模块，用于根据所述轨迹误差对所述多轴控制系统的同步性能进行检测。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种多轴控制系统的同步性能检测系统，其特征在于，包括：总线控制器、多个驱动器以及对应的多个电机、与各个电机匹配的运动检测装置，以及与各个运动检测装置连接的信号处理器、多通道数据采集装置和处理器；

所述总线控制器分别通过各个驱动器连接对应的电机，用于检测电机的运动数据的所述运动检测装置设于所述电机与负载之间，各个所述运动检测装置通过连接的信号处理器连入多通道数据采集装置，所述多通道数据采集装置连接处理器，将采集的各个电机的运动数据发送至处理器；

所述处理器用于执行如权利要求1至6任一项所述的电机同步性能检测方法。

11.根据权利要求10所述的多轴控制系统的同步性能检测系统，其特征在于，所述运动检测装置为转矩转速传感器，所述转矩转速传感器分别通过第一联轴器和第二联轴器连接于所述电机和负载之间。

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