CN110727244B - 一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统及方法 - Google Patents

一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统及方法，该系统包括接口模块、伺服驱动模块、运动指令解析模块、用户程序解析模块、内存、记忆存储模块、CPU、用户程序存储模块、用户程序驱动模块和上电模式模块，记忆存储模块包括：运动指令执行信息存储单元、电池、用户程序执行信息存储单元，该系统实时地将运动指令执行信息和用户程序执行信息存储到能够掉电保存的记忆存储模块中，在系统重新上电时，可以通过接口模块设置上电模式模块执行记忆启动模式，系统将记忆存储模块中的运动指令执行信息和用户程序执行信息调入内存，完全接续掉电时的运动指令执行节点和用户程序执行节点继续运行，流程一致，且安全性高，使用灵活。

Description

一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统及方法
技术领域
本发明涉及运动控制系统领域，特别是涉及一种具备记忆启动模式的多轴运动控制方法和系统。
背景技术
在一些运动控制应用场合，由于生产工艺的特殊性，在重新上电的情况下，尤其是意外断电的情况下，上电复位系统运行，需要重新排布生产工艺，造成生产材料的浪费和生产效率的下降，如果能够在上电启动的时候，接续掉电节点时的运行状态继续运行，就不必重新排布生产工艺，避免生产材料的浪费和生产效率的下降，目前传统运动控制系统一般仅能记录一些系统运行的状态，而不能记忆运动指令执行的信息，进而不能完全接续掉电节点时的运行状态继续运行。
目前如果要实现上述的功能，一般是增加外部控制部件，通过伺服驱动单元读取伺服电机的当前位置，而运动指令的执行信息不能记录，需要重启运动指令，这就造成启动控制精度很低，尤其是多轴的配合启动控制精度低，对于控制精度要求高的应用，还是需要重新排布生产工艺。在现有技术中，例如公告号为CN204154570U的专利公开了一种运动控制系统及其控制方法、公开号为CN101794139A的专利申请公开了一种运动控制器的构成方法、装置及其运动控制器、公开号为CN101256407A的专利申请公开了一种一体运动控制系统、公开号为CN102411353A的专利申请公开了一种驱控一体化控制器、公告号为CN204557101U的专利公开了一种PCI运动控制卡、公告号为CN204374700U的专利公开了一种运动控制器、公告号为CN206848778U的专利公开了一种运动控制卡和控制系统，但是，以上的已公开的技术方案中，其运动控制器及运用控制系统都不具备运动指令记忆功能，以及记忆启动模式，并不能很好地满足现在生产工艺上的特殊要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统及方法，具备运动指令执行信息记忆功能和用户程序执行信息记忆功能，可以在重新上电启动时，选择记忆启动模式，完全接续掉电节点时的运行状态继续运行，避免了重新排布生产工业造成的生产材料浪费和生产效率下降。具体而言，本发明提供了以下的技术方案：
首先，本发明提供了一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统，所述系统包括：
接口模块(1)、伺服驱动模块(2)、运动指令解析模块(3)、用户程序解析模块(4)、内存(5)、记忆存储模块(6)、CPU(7)、用户程序存储模块(8)、用户程序驱动模块(9)和上电模式模块(10)；
所述接口模块(1)分别与伺服驱动模块(2)、用户程序驱动模块(9)、上电模式模块(10)相连；
所述伺服驱动模块(2)与所述运动指令解析模块(3)相连；所述用户程序驱动模块(9)与所述用户程序解析模块(4)相连；所述运动指令解析模块(3)、用户程序解析模块(4)、内存(5)、用户程序存储模块(8)、上电模式模块(10)分别与所述CPU(7)相连；
所述记忆存储模块(6)与所述CPU(7)相连。
优选地，所述记忆存储模块(6)进一步包括：
运动指令执行信息存储单元(601)、用户程序执行信息存储单元(603)；
所述运动指令执行信息存储单元(601)、用户程序执行信息存储单元(603)分别与所述CPU(7)相连。
优选地，所述记忆存储模块(6)还包括电池(602)，所述电池(602)为所述运动指令执行信息存储单元(601)、用户程序执行信息存储单元(603)供电。
优选地，接口模块(1)将伺服驱动模块(2)的结果信息和用户程序驱动模块(9)的结果信息进行输出，同时接收伺服反馈信息和外部控制信息。
优选地，所述伺服驱动模块(2)用于将运动指令解析模块(3)的解析信息转换为外部伺服能够识别的结果信息，同时将接口模块(1)接收到的伺服反馈信息传送给运动指令解析模块(3)。
优选地，所述运动指令解析模块(3)用于将内存(5)中的运动指令根据伺服反馈信息解析为控制周期内伺服执行控制的解析信息；
所述用户程序解析模块(4)用于将内存(5)中的用户程序根据外部控制信息解析为控制周期内控制输出的解析信息。
优选地，所述用户程序驱动模块(9)用于将用户程序解析模块(4)的解析信息转换为外部输出部件能够识别的结果信息，传送给接口模块(1)，同时将接口模块(1)接收到的外部控制信息传送给用户程序解析模块(4)。
优选地，所述上电模式模块(10)用于通过接口模块(1)读取上电启动模式信息传送给CPU(7)。
优选地，所述内存(5)存储运动指令实时运行信息、用户程序实时运行信息和系统的其他信息；
所述记忆存储模块(6)用于实时存储运动指令执行信息和用户程序执行信息，保证掉电不丢失。
其次，本发明还提供了一种具备记忆启动模式的多轴运动控制方法，所述方法应用于如上任一所述的具备记忆启动模式的多轴运动控制系统，所述方法包括：
S100：首先在系统上电后，通过接口模块(1)识别读取启动模式，之后执行S200；
S200：判断是否启动，如果是则执行S300，否则返回执行S100；
S300：判断用户程序上电启动模式，如果是记忆模式则执行S301，否则为复位模式，执行S302；
S301：CPU(7)从用户程序存储模块(8)中读取用户程序，调入内存中，同时读取用户程序执行信息存储单元(603)中的用户程序执行信息，根据用户程序执行信息，设置内存中的用户程序执行位置，之后执行S400；
S302：CPU(7)从用户程序存储模块(8)中读取用户程序，调入内存中，设置为起始位置，之后执行S400；
S400：判断运动指令上电的启动模式，如果是记忆模式则执行S401，否则为复位模式，执行S402；
S401：CPU(7)从运动指令执行信息存储单元(601)中读取运动指令执行信息，调入内存中，之后执行S500；
S402：CPU(7)将内存中的运动指令执行信息清空，重新从用户程序解析模块(4)中提取新的运动指令，调入内存，之后执行S500；
S500：系统正常运行，从S501开始执行；
S501：用户程序解析模块(4)将内存中的用户程序进行解析，将解析结果传送给用户程序驱动模块(9)，通过接口模块(1)输出，之后执行S502；
S502:CPU(7)将用户程序解析结果和用户程序驱动模块中的用户程序执行信息实时存储到用户程序执行信息存储单元(603)，之后执行S503；
S503：运动指令解析模块将内存中的运动指令进行解析，将解析结果传送给伺服驱动模块(2)，通过接口模块(1)输出，之后执行S504；
S504：CPU(7)将运动指令解析结果和伺服驱动模块(2)中的运动指令执行信息实时存储到运动指令执行信息存储单元(601)，之后执行S501。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具备以下优点：
1)本发明的技术方案能够实时记录并存储运动指令执行信息，使应用本发明的运动控制场合实现在重新上电的情况下不需要进行系统复位，能够完全接续掉电时的运行状态节点继续运行，尤其能够保证多轴配合运行状态不变，消除重新上电进行系统复位对生产工艺造成的影响，避免生产工艺重新布置的不便，提高生产效率。
2)本发明的技术方案能够实时记录用户程序的执行信息，在流程化的应用中，可以保证运行流程同掉电节点时保持完全一致。
3)本发明的技术方案具有上电模式选择模块，可以分别选择用户程序和运动指令由记忆模式启动或由复位模式启动，适用于不同的应用场合，保证系统安全性，通过接口模块进行选择，灵活方便。
4)本发明的技术方案中用到的记忆存储模块，是高速的RAM存储芯片，在执行记忆存储运动指令执行信息和用户程序执行信息过程中占用CPU资源少，配合电池模块，保证掉电数据不丢失，同时保证了系统的实时性和数据的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构图；
图2为本发明实施例的控制方法流程图；
图3为本发明实施例的正常运行程序的流程图；
图4为本发明实施例的一种运动指令执行曲线图。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在一个具体的实施例中，本发明中的具备记忆启动模式的多轴运动控制系统可以通过以下结构实现，如图1所示,该系统包括接口模块1、伺服驱动模块2、运动指令解析模块3、用户程序解析模块4、内存5、记忆存储模块6、CPU7、用户程序存储模块8、用户程序驱动模块9和上电模式模块10。
所述记忆存储模块6包括：运动指令执行信息存储单元601、电池602、用户程序执行信息存储单元603。
所述接口模块1分别与伺服驱动模块2、用户程序驱动模块9、上电模式模块10相连；
所述伺服驱动模块2与所述运动指令解析模块3相连；所述用户程序驱动模块9与所述用户程序解析模块4相连；所述运动指令解析模块3、用户程序解析模块4、内存5、用户程序存储模块8、上电模式模块10分别与所述CPU7相连；
所述记忆存储模块6与所述CPU7相连。
优选地，所述记忆存储模块6进一步包括：
运动指令执行信息存储单元601、用户程序执行信息存储单元603；
所述运动指令执行信息存储单元601、用户程序执行信息存储单元603分别与所述CPU7相连。
优选地，所述记忆存储模块6还包括电池602，所述电池602为所述运动指令执行信息存储单元601、用户程序执行信息存储单元603供电。
所述接口模块1的作用是：将伺服驱动模块2的结果信息和用户程序驱动模块9的结果信息进行输出，同时接收伺服反馈信息和外部控制信息；
所述伺服驱动模块2的作用是：将运动指令解析模块3的解析信息转换为外部伺服能够识别的结果信息，同时将接口模块1接收到的伺服反馈信息传送给运动指令解析模块3；
所述运动指令解析模块3的作用是：将内存5中的运动指令根据伺服反馈信息解析为控制周期内伺服执行控制的解析信息；
所述用户程序解析模块4的作用是：将内存5中的用户程序根据外部控制信息解析为控制周期内控制输出的解析信息；
所述内存5的作用是：系统运行内存，存储运动指令实时运行信息、用户程序实时运行信息和系统的其他信息；
所述记忆存储模块6的作用是：实时存储运动指令执行信息和用户程序执行信息，保证掉电不丢失；
所述CPU7的作用是：将各个模块进行组合调度；
所述用户程序存储模块8的作用是：存储用户程序；
所述用户程序驱动模块9的作用是：将用户程序解析模块4的解析信息转换为外部输出部件能够识别的结果信息，传送给接口模块1，同时将接口模块1接收到的外部控制信息传送给用户程序解析模块4；
所述上电模式模块10的作用是：通过接口模块1读取上电启动模式信息传送给CPU7。
实施例2
在又一个具体的实施例中，本发明的具备记忆启动模式的多轴运动控制系统，其相应的控制方法，该相应的方法可以适用于本发明所提供的控制系统之中，但并不作为本发明提供的运动控制系统的结构上的具体限定来解读。结合图2、图3所示，本实施例中的方法可以通过以下方式来实现：
S100：首先在系统上电后，通过接口模块1识别读取启动模式，之后执行S200；
S200：判断是否启动，如果是则执行S300程序，否则返回执行S100；
S300：判断用户程序上电启动模式，如果是记忆模式则执行S301程序，否则为复位模式，执行S302；
S301：CPU7从用户程序存储模块中读取用户程序，调入内存中，同时读取用户程序执行信息存储单元(603)中的用户程序执行信息，根据用户程序执行信息设置内存中的用户程序执行位置，之后执行S400；
S302：CPU7从用户程序存储模块中读取用户程序，调入内存中，设置为起始位置，之后执行S400；
S400：判断运动指令上电启动模式，如果是记忆模式则执行S401，否则为复位模式，执行S402；
S401：CPU7从运动指令执行信息存储单元(601)中读取运动指令执行信息，调入内存中，之后执行S500；
S402：CPU7将内存中的运动指令执行信息清空，重新从用户程序解析模块中提取新的运动指令，调入内存，之后执行S500；
S500：系统正常运行程序，从S501开始执行；
S501：用户程序解析模块将内存中的用户程序进行解析，将解析结果传送给用户程序驱动模块，通过接口模块输出，之后执行S502；
S502:CPU7将用户程序解析结果和用户程序驱动模块中的用户程序执行信息实时存储到用户程序执行信息存储单元，之后执行S503；
S503：运动指令解析模块将内存中的运动指令进行解析，将解析结果传送给伺服驱动模块，通过接口模块输出，之后执行S504
S504：CPU将运动指令解析结果和伺服驱动模块中的运动指令执行信息实时存储到运动指令执行信息存储单元(601)，之后执行S501。
实施例3
在一个具体的实施例中，将以一实际的多轴系统的掉电、上电过程为例，对本发明的技术方案进行阐述。
结合图4所示，本实施例中的程序执行方法可以通过以下方式来实现：
运动指令S1为一直线运动指令，包括匀加速、匀速、匀减速三个阶段，其运动位置曲线为F(S1)，对应运动速度曲线为V(S1)，F(S1)可表示为：
F(S1)＝F(S1A)+F(S1B)+F(S1C)+F(S1D)+F(S1E)+F(S1F)+F(S1G)
运动指令S2为一同S1匹配的曲线运动指令，包括A、B、C、D、E、F、G七个阶段，其运动位置曲线为F(S2)，对应运动速度曲线为V(S2)，F(S2)表示为：
F(S2)＝F(S2A)+F(S2B)+F(S2C)+F(S2D)+F(S2E)+F(S2F)+F(S2G)同S1的匹配关系可以表示为：
F(S2)＝F(F(S1A))+F(F(S1B))+F(F(S1C))+F(F(S1D))+F(F(S1E))+F(F(S1F))+F(F(S1G))
在系统正常运行过程中，实时将运动指令执行信息实时存储到运动指令执行信息存储单元，主要信息包括：S1运动目标速度、S1运动加速度、S1运动减速度、S1运动位置、S2运动位置、S2运动阶段、S2运动同S1匹配关系，在tk时刻，运动系统掉电，运动指令执行信息存储单元中存储的运动指令执行信息为：S1运动目标速度V1、S1运动加速度aA、S1运动减速度Ab、S1运动位置Sk1、S2运动位置Sk2、S2运动阶段A及匹配关系F(F(S1A))。
在系统再次上电的过程中，选择复位启动模式，则按照图4中①②的运动指令位置曲线和速度曲线执行，S1运动位置偏差为Sk1，S2运动位置偏差为Sk2。
如果选择记忆启动模式，则将运动指令执行信息存储单元中存储的运动指令执行信息：S1运动目标速度V1、S1运动加速度aA、S1运动减速度Ab、S1运动位置Sk1、S2运动位置Sk2、S2运动阶段A及匹配关系F(F(S1A))调入内存，将Sk1设置为S1运动的当前位置，将Sk2设置为S2的当前位置，S1运动首先以加速度aA匀加速到目标速度V1，同时S2运动按照S2运动阶段A的匹配关系F(F(S1A)计算S2运动的实时位置S2A，则S1运动位置曲线改写为F(S1-1)，对应速度曲线变化为F(V1-1)，S2运动位置曲线改写为F(S2-1)，对应速度曲线为F(V2-1)，如图4中③④所示。可知系统运行完全接续掉电时刻tk继续运行。
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计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各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 AccessMemory，RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种具备记忆启动模式的多轴运动控制系统，其特征在于，所述系统包括：
接口模块(1)、伺服驱动模块(2)、运动指令解析模块(3)、用户程序解析模块(4)、内存(5)、记忆存储模块(6)、CPU(7)、用户程序存储模块(8)、用户程序驱动模块(9)和上电模式模块(10)；
所述接口模块(1)分别与伺服驱动模块(2)、用户程序驱动模块(9)、上电模式模块(10)相连；
所述伺服驱动模块(2)与所述运动指令解析模块(3)相连；所述用户程序驱动模块(9)与所述用户程序解析模块(4)相连；所述运动指令解析模块(3)、用户程序解析模块(4)、内存(5)、用户程序存储模块(8)、上电模式模块(10)分别与所述CPU(7)相连；
所述记忆存储模块(6)与所述CPU(7)相连；
接口模块(1)将伺服驱动模块(2)的结果信息和用户程序驱动模块(9)的结果信息进行输出，同时接收伺服反馈信息和外部控制信息；
所述伺服驱动模块(2)用于将运动指令解析模块(3)的解析信息转换为外部伺服能够识别的结果信息，同时将接口模块(1)接收到的伺服反馈信息传送给运动指令解析模块(3)；
所述运动指令解析模块(3)用于将内存(5)中的运动指令根据伺服反馈信息解析为控制周期内伺服执行控制的解析信息；
所述用户程序解析模块(4)用于将内存(5)中的用户程序根据外部控制信息解析为控制周期内控制输出的解析信息；
所述用户程序驱动模块(9)用于将用户程序解析模块(4)的解析信息转换为外部输出部件能够识别的结果信息，传送给接口模块(1)，同时将接口模块(1)接收到的外部控制信息传送给用户程序解析模块(4)；
所述上电模式模块(10)用于通过接口模块(1)读取上电启动模式信息传送给CPU(7)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述记忆存储模块(6)进一步包括：
运动指令执行信息存储单元(601)、用户程序执行信息存储单元(603)；
所述运动指令执行信息存储单元(601)、用户程序执行信息存储单元(603)分别与所述CPU(7)相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述记忆存储模块(6)还包括电池(602)，所述电池(602)为所述运动指令执行信息存储单元(601)、用户程序执行信息存储单元(603)供电。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内存(5)存储运动指令实时运行信息、用户程序实时运行信息和系统的其他信息；
所述记忆存储模块(6)用于实时存储运动指令执行信息和用户程序执行信息。
5.一种具备记忆启动模式的多轴运动控制方法，所述方法应用于如权利要求1-4任一所述的具备记忆启动模式的多轴运动控制系统，其特征在于，所述方法包括：
S100：首先在系统上电后，通过接口模块(1)识别读取启动模式，之后执行S200；
S200：判断是否启动，如果是则执行S300，否则返回执行S100；
S300：判断用户程序上电启动模式，如果是记忆模式则执行S301，否则为复位模式，执行S302；
S301：CPU(7)从用户程序存储模块(8)中读取用户程序，调入内存中，同时读取用户程序执行信息存储单元(603)的用户程序执行信息，根据用户程序执行信息，设置内存中的用户程序执行位置，之后执行S400；
S302：CPU(7)从用户程序存储模块(8)中读取用户程序，调入内存中，设置为起始位置，之后执行S400；
S400：判断运动指令上电的启动模式，如果是记忆模式则执行S401，否则为复位模式，执行S402；
S401：CPU(7)从运动指令执行信息存储单元(601)中读取运动指令执行信息，调入内存中，之后执行S500；
S402：CPU(7)将内存中的运动指令执行信息清空，重新从用户程序解析模块(4)中提取新的运动指令，调入内存，之后执行S500；
S500：系统正常运行，从S501开始执行；
S501：用户程序解析模块(4)将内存中的用户程序进行解析，将解析结果传送给用户程序驱动模块(9)，通过接口模块(1)输出，之后执行S502；
S502:CPU(7)将用户程序解析结果和用户程序驱动模块中的用户程序执行信息实时存储到用户程序执行信息存储单元(603)，之后执行S503；
S503：运动指令解析模块将内存中的运动指令进行解析，将解析结果传送给伺服驱动模块(2)，通过接口模块(1)输出，之后执行S504；
S504：CPU(7)将运动指令解析结果和伺服驱动模块(2)中的运动指令执行信息实时存储到运动指令执行信息存储单元(601)，之后执行S501。
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