CN111381612A - 一种基于can总线的多轴同步控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于CAN总线的多轴同步控制系统及方法，包括上位机、多轴同步控制器、至少一个驱动器和至少一个电机，所述多轴同步控制器通过以太网或局域网与所述上位机相连，所述驱动器之间以及所述驱动器与所述多轴同步控制器之间通过CAN总线相连，所述驱动器的输出与所述电机相连；采用CAN进行通讯，其成本低、延迟低，同时采用多轴同步控制器进行软件上的补偿进一步提高精度。
Description
技术领域
本发明属于同步控制技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的多轴同步控制系统及方法。
背景技术
多轴同步控制系统中，每个轴均由一个独立的电机带动，为了使多个轴同步运转，目前常采用主从式同步的方法进行多轴同步控制，主从式同步方法是先根据上位机下发的目标速度控制主轴运转，高速运转时，由于通讯延时，导致控制精度降低。虽然可以通过提高硬件性能来降低通讯延时，但是会极大的增加相应成本，不利于大范围推广应用。
控制器局域网(CAN，Controller Area Network)属于现场总线技术范畴，简称CAN总线。它最早用于汽车内部测量和执行部件之间地数据通讯，由德国Bosch公司提出，是一种有效支持分布式实时控制的串行通信网络，由于其高性能、高可靠性、实时性好及其独特的设计，已广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信，已在工控领域兴起应用热潮。利用CAN总线技术的分布式控制技术可以将处理信息和产生控制信号的任务分配给各个节点上的微处理器通过现场总线的数据总线连接即可完成对整个系统的控制。通过基于CAN总线的多轴同步控制系统及方法，以解决原有多轴同步控制系统的短板，降低高硬件性能来通讯延时，以提高控制精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于CAN总线的多轴同步控制系统及方法，以解决现有的多轴同步控制系统中，通过上位机下发的目标速度控制主轴运转，由于存在通讯延时导致控制精度下降的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种基于CAN总线的多轴同步控制系统及方法，包括上位机、多轴同步控制器、至少一个驱动器和至少一个电机，所述多轴同步控制器通过以太网或局域网与所述上位机相连，所述驱动器之间以及所述驱动器与所述多轴同步控制器之间通过CAN总线相连，所述驱动器的输出与所述电机相连；所述多轴同步控制器包括位移采集模块、数据存储模块、误差计算模块和同步控制模块，所述位移采集模块用于采集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；所述数据存储模块用于存储同步数据和所述位移采集模块采集的所述位移数据；所述同步数据包括：所述规划轨迹为根据电机的模拟给定量与负载的模拟给定量对应的运动形成的运动轨迹；所述误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；所述同步控制模块用于根据所述轨迹误差对所述多轴同步控制系统的同步性能进行检测，参照所述数据存储模块的同步数据控制各驱动器，通过驱动器对各电机进行同步控制；所述多轴同步控制器还包括补偿控制模块，所述补偿控制模块用于根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差与各电机根据模拟给定量生成的虚拟主轴曲线数据，并在控制各驱动器的过程中，将所述位移采集模块采集的各位移数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位移数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各驱动控制器。
优选的，所述补偿控制模块包括：虚拟主轴曲线数据生成子模块和比较处理子模块；所述虚拟主轴曲线数据生成子模块，用于根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差与各电机的根据模拟给定量生成的虚拟主轴曲线数据，并将所述虚拟主轴曲线数据存储至所述存储模块；所述比较处理子模块，用于在控制各驱动器的过程中，将所述位移采集模块采集的各位移数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位移数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各驱动控制器。
优选的，所述多轴同步控制器还包括自学习模块，所述自学习模块用于在控制驱动器驱动各电机过程中，根据向各驱动器输送的模拟给定量与各模拟给定量对应的各电机的工作位置进行计算得出各电机的新的工作曲线数据作为新的同步数据，并存储至所述数据存储模块中替换现有的同步数据。
一种基于CAN总线的多轴同步控制方法，包括以下步骤：
S1、接收各位移采集模块输送的分别与各驱动器连接的各电机的位移数据；
S2、参照存储的同步数据控制各驱动器，通过各驱动器对各电机进行同步驱动。
优选的，所述参照存储的同步数据控制各驱动器包括：从同步数据中找到与位移数据对应的控制驱动器的模拟给定量，通过找到的模拟给定量控制驱动器，其中，所述同步数据为根据控制驱动器的模拟给定量与各模拟给定量对应的电机的工作位置形成的电机工作曲线数据；
优选的，所述方法还包括：补偿控制步骤，在控制各驱动器的过程中，将接收各位移采集模块输送的分别与各驱动器连接的各电机的位移数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各驱动器；其中，所述虚拟主轴曲线数据为根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差与各电机的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于CAN总线的多轴同步控制系统及方法，采用CAN进行通讯，其成本低、延迟低，且无主从机之分，每个节点均可在任何时刻主动向网络上的其他节点发送信息，可采用点对点、一点对多点及全局广播几种方式传送数据，非常适用于多轴同步控制；通过位移检测模块检测各驱动器所驱动的各电机的位移数据，并将位移数据反馈给多轴同步控制器，由多轴同步控制器根据位移数据，参照存储的同步数据对各驱动器进行控制，从而通过各驱动器可同步驱动各电机；该系统结构简单，同步控制精度高，既具有快速的动态响应又具备高精度的稳态定位性能和实时同步性，且成本低，解决了现有多轴液压同步技术精度低、成本高的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明结构框架示意图；
图2是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于CAN总线的多轴同步控制系统，包括上位机、多轴同步控制器、至少一个驱动器和至少一个电机，多轴同步控制器通过以太网或局域网与上位机相连，驱动器之间以及驱动器与多轴同步控制器之间通过CAN总线相连，驱动器的输出与电机相连；
多轴同步控制器包括位移采集模块、数据存储模块、误差计算模块和同步控制模块，位移采集模块用于采集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；数据存储模块用于存储同步数据和位移采集模块采集的位移数据；同步数据包括：规划轨迹为根据电机的模拟给定量与负载的模拟给定量对应的运动形成的运动轨迹；误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；同步控制模块用于根据轨迹误差对多轴同步控制系统的同步性能进行检测，参照数据存储模块的同步数据控制各驱动器，通过驱动器对各电机进行同步控制；
多轴同步控制器还包括补偿控制模块，补偿控制模块用于根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差与各电机根据模拟给定量生成的虚拟主轴曲线数据，并在控制各驱动器的过程中，将位移采集模块采集的各位移数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位移数据进行比较，将比较结果输送至同步控制模块，经同步控制模块补偿控制各驱动控制器，补偿控制模块包括：虚拟主轴曲线数据生成子模块和比较处理子模块；虚拟主轴曲线数据生成子模块，用于根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差与各电机的根据模拟给定量生成的虚拟主轴曲线数据，并将虚拟主轴曲线数据存储至存储模块；比较处理子模块，用于在控制各驱动器的过程中，将位移采集模块采集的各位移数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位移数据进行比较，将比较结果输送至同步控制模块，经同步控制模块补偿控制各驱动控制器。
多轴同步控制器还包括自学习模块，自学习模块用于在控制驱动器驱动各电机过程中，根据向各驱动器输送的模拟给定量与各模拟给定量对应的各电机的工作位置进行计算得出各电机的新的工作曲线数据作为新的同步数据，并存储至数据存储模块中替换现有的同步数据。
如图2所示，一种基于CAN总线的多轴同步控制方法，包括以下步骤：
S1、接收各位移采集模块输送的分别与各驱动器连接的各电机的位移数据；
S2、参照存储的同步数据控制各驱动器，通过各驱动器对各电机进行同步驱动。
参照存储的同步数据控制各驱动器包括：从同步数据中找到与位移数据对应的控制驱动器的模拟给定量，通过找到的模拟给定量控制驱动器，其中，同步数据为根据控制驱动器的模拟给定量与各模拟给定量对应的电机的工作位置形成的电机工作曲线数据；
方法还包括：补偿控制步骤，在控制各驱动器的过程中，将接收各位移采集模块输送的分别与各驱动器连接的各电机的位移数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至同步控制模块，经同步控制模块补偿控制各驱动器；其中，虚拟主轴曲线数据为根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差与各电机的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于CAN总线的多轴同步控制系统，其特征在于，包括上位机、多轴同步控制器、至少一个驱动器和至少一个电机，所述多轴同步控制器通过以太网或局域网与所述上位机相连，所述驱动器之间以及所述驱动器与所述多轴同步控制器之间通过CAN总线相连，所述驱动器的输出与所述电机相连；
所述多轴同步控制器包括位移采集模块、数据存储模块、误差计算模块和同步控制模块，所述位移采集模块用于采集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；所述数据存储模块用于存储同步数据和所述位移采集模块采集的所述位移数据；所述同步数据包括：所述规划轨迹为根据电机的模拟给定量与负载的模拟给定量对应的运动形成的运动轨迹；所述误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；所述同步控制模块用于根据所述轨迹误差对所述多轴同步控制系统的同步性能进行检测，参照所述数据存储模块的同步数据控制各驱动器，通过驱动器对各电机进行同步控制；
所述多轴同步控制器还包括补偿控制模块，所述补偿控制模块用于根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差与各电机根据模拟给定量生成的虚拟主轴曲线数据，并在控制各驱动器的过程中，将所述位移采集模块采集的各位移数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位移数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各驱动控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的多轴同步控制系统，其特征在于，所述补偿控制模块包括：虚拟主轴曲线数据生成子模块和比较处理子模块；所述虚拟主轴曲线数据生成子模块，用于根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差和位移同步时间差与各电机的根据模拟给定量生成的虚拟主轴曲线数据，并将所述虚拟主轴曲线数据存储至所述存储模块；所述比较处理子模块，用于在控制各驱动器的过程中，将所述位移采集模块采集的各位移数据与所述虚拟主轴曲线数据中对应的位移数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各驱动控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的多轴同步控制系统，其特征在于，所述多轴同步控制器还包括自学习模块，所述自学习模块用于在控制驱动器驱动各电机过程中，根据向各驱动器输送的模拟给定量与各模拟给定量对应的各电机的工作位置进行计算得出各电机的新的工作曲线数据作为新的同步数据，并存储至所述数据存储模块中替换现有的同步数据。
4.一种基于CAN总线的多轴同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、接收各位移采集模块输送的分别与各驱动器连接的各电机的位移数据；
S2、参照存储的同步数据控制各驱动器，通过各驱动器对各电机进行同步驱动。
5.根据权利要求4所述的一种基于CAN总线的多轴同步控制方法，其特征在于，所述参照存储的同步数据控制各驱动器包括：从同步数据中找到与位移数据对应的控制驱动器的模拟给定量，通过找到的模拟给定量控制驱动器，其中，所述同步数据为根据控制驱动器的模拟给定量与各模拟给定量对应的电机的工作位置形成的电机工作曲线数据。
6.根据权利要求4所述的一种基于CAN总线的多轴同步控制方法，其特征在于，所述方法还包括：补偿控制步骤，在控制各驱动器的过程中，将接收各位移采集模块输送的分别与各驱动器连接的各电机的位移数据与虚拟主轴曲线数据中对应的位置数据进行比较，将比较结果输送至所述同步控制模块，经所述同步控制模块补偿控制各驱动器；其中，所述虚拟主轴曲线数据为根据对各电机设定的带动负载运动的运动轨迹差、转矩同步时间差、转速同步时间差与各电机的当前位置生成的虚拟主轴曲线数据。
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