CN109828526B

CN109828526B - 电子凸轮控制方法及相关装置

Info

Publication number: CN109828526B
Application number: CN201910047523.4A
Authority: CN
Inventors: 宋斌; 胡伟
Original assignee: Shenzhen Samkoon Technology Corp ltd
Current assignee: Shenzhen Samkoon Technology Corp ltd
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: CN109828526A

Abstract

本发明公开了一种电子凸轮控制方法及相关装置，通过设置主轴相位、速度和线性补偿步骤，以获取精确的主轴位置，以进一步获取准确的从轴位置，提高电子凸轮位置控制的精度，克服现有技术中存在电子凸轮的从轴位置控制精度低下的技术问题。

Description

电子凸轮控制方法及相关装置

技术领域

本发明涉及电子凸轮领域，尤其是电子凸轮控制方法及相关装置。

背景技术

凸轮：一种机械结构，能实现主动轴和从动轴的特定位置关系。如图1所示，图1是凸轮的一具体实施例结构和凸轮主从位置曲线示意图，盘状结构为主动轴，绕旋转中心旋转。上下移动杆(电子凸轮中主从轴多为两旋转轴)为从动轴，进行上下移动。主轴角位移与从轴位移曲线如图1所示，该曲线称为凸轮主从位置曲线。

传统的机械式凸轮，由于其制造难度大，柔性化程度低等特点，正逐渐被电子凸轮取代。使用软件、硬件、电机等电子方式实现主从轴的特定运动关系的装置称为电子凸轮。实际控制时，主轴多为编码器，从轴为伺服或者步进电机。电子凸轮主要用于具有特定关系的主从轴运动控制，主轴所在的位置会唯一对应一个从轴位置，主轴运动时对应从轴的位置也发生改变，主轴和从轴位置会一直维持特定曲线关系。一般在PLC、运动控制器等工控产品上均具备该功能，该功能主要应用于追剪、飞剪、贴标等多种领域。电子凸轮控制算法采样主轴位置从而计算出从轴位置，并通过发送脉冲控制从轴运动到指定位置，然而，获取主轴位置时存在一定的误差，导致计算得到的从轴位置也有误差，因此，需要对此技术做出改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种电子凸轮控制方法及相关装置，用于提高电子凸轮的位置控制的精度。

本发明实施例所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种电子凸轮控制方法，包括：

主轴实际位置获取步骤：获取主轴实际位置；

主轴相位补偿步骤：获取主轴理论位置，根据所述主轴理论位置和所述主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿所述主轴实际位置；

主轴速度补偿步骤：获取当前主轴运动速度，根据所述主轴运动速度和算法延时获取第二位置补偿量以补偿所述主轴实际位置；

主轴线性补偿步骤：根据经过相位补偿、速度补偿后的主轴实际位置和缩放系数获取第一主轴位置；

从轴控制步骤：根据所述第一主轴位置和电子凸轮曲线算法获取对应的从轴位置以控制从轴到达所述从轴位置。

进一步地，所述电子凸轮控制方法还包括：

PID位置控制步骤：根据所述从轴位置和PID控制算法获取最终的从轴位置，并控制从轴到达所述最终的从轴位置。

进一步地，所述主轴相位补偿步骤包括：

主轴理论位置获取子步骤：获取当前的从轴位置，根据所述当前的从轴位置和位移曲线获取对应的主轴理论位置；

主轴相位补偿子步骤：根据所述主轴理论位置和所述主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿所述主轴实际位置。

进一步地，所述算法延时包括主轴实际位置的采样时间和主轴实际位置的数据处理时间。

第二方面，提供一种电子凸轮控制系统，包括：

主轴实际位置获取单元，用于获取主轴实际位置；

主轴相位补偿单元，用于获取主轴理论位置，根据所述主轴理论位置和所述主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿所述主轴实际位置；

主轴速度补偿单元，用于获取当前主轴运动速度，根据所述主轴运动速度和算法延时获取第二位置补偿量以补偿所述主轴实际位置；

主轴线性补偿单元，用于根据经过相位补偿、速度补偿后的主轴实际位置和缩放系数获取第一主轴位置；

从轴控制单元，用于根据所述第一主轴位置和电子凸轮曲线算法获取对应的从轴位置以控制从轴到达所述从轴位置。

进一步地，所述电子凸轮控制系统还包括：

PID位置控制单元，用于根据所述从轴位置和PID控制算法获取最终的从轴位置，并控制从轴到达所述最终的从轴位置。

进一步地，所述主轴相位补偿单元包括：

主轴理论位置获取模块，用于获取当前的从轴位置，根据所述当前的从轴位置和位移曲线获取对应的主轴理论位置；

主轴相位补偿模块，用于根据所述主轴理论位置和所述主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿所述主轴实际位置。

第三方面，提供一种电子凸轮控制设备，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的电子凸轮控制方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述的电子凸轮控制方法。

本发明实施例的有益效果是：

通过设置主轴相位、速度和线性补偿步骤，以获取精确的主轴位置，以进一步获取准确的从轴位置，提高电子凸轮位置控制的精度，克服现有技术中存在电子凸轮的从轴位置控制精度低下的技术问题。

另外，还通过采用PID控制算法柔性控制从轴位置，避免从轴位置出现抖动。

附图说明

图1是凸轮的一具体实施例结构和凸轮主从位置曲线示意图；

图2是本发明中电子凸轮控制方法的一具体实施例流程示意图；

图3是本发明中电子凸轮控制系统的一具体实施例工作流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

针对已知的电子凸轮控制方法存在从轴位置精度低下的问题，实施例1提供一种电子凸轮控制方法，参考图2和图3，图2是本发明中电子凸轮控制方法的一具体实施例流程示意图，图3是本发明中电子凸轮控制系统的一具体实施例工作流程示意图；包括：

主轴实际位置获取步骤：根据设定时间定时获取主轴实际位置，设定时间可在2～4ms之间。

主轴相位补偿步骤：由于设备刚启动时，主从轴可能不同步，主从轴的相位(即位置)有偏差，所以需要相位补偿。通过获取主轴理论位置，再根据主轴理论位置和主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿主轴实际位置，为了避免出现冲击、抖动，第一位置补偿量分成若干次进行主轴位置补偿；具体包括：获取当前的从轴位置，根据当前的从轴位置和位移曲线获取对应的主轴理论位置；再根据主轴理论位置和主轴实际位置获取第一位置补偿量，通过第一位置补偿量以补偿主轴实际位置，可以使主轴到达主轴理论位置，以使主从轴的相位同步。

主轴速度补偿步骤：由于主轴位置是在连续不停变化的，可能增加也可能减少，获得的主轴实际位置在进行数据处理过程中，此时的主轴实际位置已经发生改变，即所有读取的主轴实际位置有一定的延迟，该延迟可通过速度补偿进行纠正。通过获取当前主轴的运动速度，根据主轴的运动速度和算法延时获取第二位置补偿量以补偿主轴实际位置，为了避免出现冲击、抖动，第二位置补偿量亦分成若干次进行主轴位置补偿。假设算法延时为一个常数(实际有一定波动)T，主轴运行的速度为V，则V*T为算法延时造成的主轴位置延迟，即第二位置补偿量，主轴运动速度越大，补偿越大。而算法延时包括主轴实际位置的采样时间和主轴实际位置的数据处理时间，主轴实际位置的采样时间为读取主轴位置采集装置的数据所需的时间，主轴实际位置的数据处理时间为执行主轴速度补偿步骤前处理主轴实际位置所需的时间，本实施例中，在主轴相位补偿步骤执行后，再执行主轴速度补偿步骤，即主轴实际位置的数据处理时间为主轴相位补偿步骤的执行时间。

主轴线性补偿步骤：根据经过速度补偿和相位补偿之后的主轴实际位置(此时补偿后的主轴位置较为准确)和缩放系数获取第一主轴位置，第一主轴位置为经过速度补偿和相位补偿之后的主轴实际位置和缩放系数的乘积；线性补偿即总长补偿，总长补偿是在当前主轴运行的总长基础上乘缩放系数，用以弥补由于测量轮直径、周长不准确等原因造成的误差，该误差是一个线性误差，所以可通过缩放系数来补偿。例如，测量主轴位置的测量轮的理论直径是D＝80mm，而实际直径为DR＝80.01mm，那么理论旋转一圈所测得的主轴长度为π*D，而实际主轴总长为π*DR。而π为无理小数，3.14与3.1415926之间也会存在一个线性误差；那么实际测得的主轴长度与理论长度之间有一定误差，该理论值与实际值是线性关系，即K＝DR/D。主轴实际位置和主轴理论位置存在一线性关系，则可以预先求出主轴实际位置和主轴理论位置两者之间的缩放系数，在工作过程中再根据缩放系数对主轴位置进行总长补偿。

PID位置控制步骤：根据第一主轴位置和电子凸轮曲线算法获取对应的理论从轴位置；获取理论从轴位置后，为避免从轴位置出现抖动，并使得具备一定的抗干扰能力，需要通过PID位置控制步骤实现对从轴位置的柔性控制，根据理论从轴位置和PID控制算法获取最终的从轴位置，并控制从轴到达最终的从轴位置。其中，PID控制算法可为PI或者PD或者I控制方式。

本实施例将速度误差、相位误差、总长误差补偿考虑到电子凸轮控制中，实现各种误差的补偿，能够让电子凸轮控制方法实现更高精度的位置控制，且适应更复杂的应用场景；将PID位置控制用于从轴位置计算，能够实现更加平滑的从轴速度曲线，具有防抖、平稳特性。

实施例2

基于实施例1提供实施例2，实施例2提供一种电子凸轮控制系统，参考图3，包括：

主轴实际位置获取单元，用于根据设定时间定时获取主轴实际位置。

主轴相位补偿单元，用于获取主轴理论位置，根据主轴理论位置和主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿主轴实际位置；具体地，主轴相位补偿单元包括：

主轴理论位置获取模块，用于获取当前的从轴位置，根据当前的从轴位置和位移曲线获取对应的主轴理论位置；

主轴相位补偿模块，用于根据主轴理论位置和主轴实际位置获取第一位置补偿量以补偿主轴实际位置。

主轴速度补偿单元，包括主轴速度检测模块和主轴速度补偿模块，主轴速度检测模块用于获取当前主轴运动速度，主轴速度补偿模块用于根据主轴运动速度和算法延时获取第二位置补偿量以补偿主轴实际位置；算法延时包括主轴实际位置的采样时间和主轴实际位置的数据处理时间。

主轴线性补偿单元，用于根据经过相位补偿、速度补偿后的主轴实际位置和缩放系数获取第一主轴位置。

PID位置控制单元，用于根据第一主轴位置和电子凸轮曲线算法获取对应的从轴位置以控制从轴到达从轴位置；根据从轴位置和PID控制算法获取最终的从轴位置，并根据最终的从轴位置控制从轴位置控制单元以控制从轴到达最终的从轴位置。

电子凸轮控制系统的具体工作过程参照实施例1的描述，不再赘述。

实施例3

一种电子凸轮控制设备，包括：

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的电子凸轮控制方法。电子凸轮控制方法参照实施例1的描述，不再赘述。

实施例4

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述的电子凸轮控制方法。电子凸轮控制方法参照实施例1的描述，不再赘述。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种电子凸轮控制方法，其特征在于，包括：

主轴实际位置获取步骤：获取主轴实际位置；

主轴线性补偿步骤：根据经过相位补偿、速度补偿后的主轴实际位置和缩放系数获取第一主轴位置，所述第一主轴位置为经过速度补偿和相位补偿之后的主轴实际位置和缩放系数的乘积；

2.根据权利要求1所述的电子凸轮控制方法，其特征在于，所述电子凸轮控制方法还包括：

3.根据权利要求1所述的电子凸轮控制方法，其特征在于，所述主轴相位补偿步骤包括：

4.根据权利要求1至3任一项所述的电子凸轮控制方法，其特征在于，所述算法延时包括主轴实际位置的采样时间和主轴实际位置的数据处理时间。

5.一种电子凸轮控制系统，其特征在于，包括：

主轴实际位置获取单元，用于获取主轴实际位置；

主轴线性补偿单元，用于根据经过相位补偿、速度补偿后的主轴实际位置和缩放系数获取第一主轴位置，所述第一主轴位置为经过速度补偿和相位补偿之后的主轴实际位置和缩放系数的乘积；

6.根据权利要求5所述的电子凸轮控制系统，其特征在于，所述电子凸轮控制系统还包括：

7.根据权利要求5所述的电子凸轮控制系统，其特征在于，所述主轴相位补偿单元包括：

8.根据权利要求5至7任一项所述的电子凸轮控制系统，其特征在于，所述算法延时包括主轴实际位置的采样时间和主轴实际位置的数据处理时间。

9.一种电子凸轮控制设备，其特征在于，包括：

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至4任一项所述的电子凸轮控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至4任一项所述的电子凸轮控制方法。