CN113031479A - 一种电机定位控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机定位控制系统及方法,其中:控制逻辑单元用于在用户编写的程序控制下调用定位指令;上位通讯控制模块用于将参数打包发送至对应的电机驱动器;下位通讯控制模块用于接收上位通讯控制模块发来的参数,校验通过后将参数发送到定位控制模块;定位控制模块用于在每个周期内将周期脉冲量发送到电机控制模块;电机控制模块预设有电机控制算法,电机控制模块用于根据周期脉冲量驱动电机运行,同时反馈电机的运行状态。本发明能充分利用电机驱动器的富余资源,有助于减小控制器压力,在相同的硬件资源下使控制器能支持更多的轴数,同时无需周期性地传递数据,有助于降低排查难度,且抗干扰能力更强。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机,尤其涉及一种电机定位控制系统及方法。
背景技术
目前工业控制中涉及电机精确定位时,主流的方案是通过控制器的计算,得到每个控制周期电机需要运行的位置增量,然后通过脉冲或者通讯总线周期性地将位置增量发送给电机驱动器。这样的方案存在以下问题:
首先,控制器需要进行大量的周期计算,随着控制电机数量的增多,计算量成倍增加,最终超出控制器的处理能力;
其次,控制器和电机驱动器通过脉冲通讯,在工业现场很容易受到干扰,出现干扰时排查和解决都比较困难,另外电机轴数较多时,接线数量也较多;
此外,使用通讯总线周期性通讯,对总线的传输带宽要求比较高,需要选择高性能高成本的总线,实现方案复杂。
近年来,随着半导体技术的飞速发展,嵌入式CPU处理能力越来越强,存储空间越来越大,这使得电机驱动器在完成电机控制相关计算的前提下有富余的资源。但是目前电机驱动器富余的资源多用于增强电机的驱动性能,从系统的角度来看,轴数增多时对控制器造成压力依旧很大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足,提供一种能充分利用电机驱动器的富余资源,有助于减小控制器压力,在相同的硬件资源下使控制器能支持更多的轴数,同时无需周期性地传递数据,有助于降低排查难度,且抗干扰能力更强的电机定位控制系统及方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案。
一种电机定位控制系统,其包括有控制器和至少一个电机驱动器,所述控制器包括有控制逻辑单元和上位通讯控制模块,所述电机驱动器包括有电机控制模块、定位控制模块和下位通讯控制模块,其中:所述控制逻辑单元用于在用户编写的程序控制下调用定位指令,并在定位指令生效后将该定位指令所包含的参数传递给上位通讯控制模块;所述上位通讯控制模块用于根据预设的通讯协议将参数打包发送至对应的电机驱动器;所述下位通讯控制模块用于与所述上位通讯控制模块建立通信,并且接收所述上位通讯控制模块发来的参数,然后对通讯数据进行校验,校验通过后将参数发送到所述定位控制模块;所述定位控制模块用于根据参数进行周期计算,得到每个周期的周期脉冲量,在每个周期内将周期脉冲量发送到所述电机控制模块;所述电机控制模块预设有电机控制算法,所述电机控制模块用于根据周期脉冲量驱动电机运行,同时反馈电机的运行状态。
优选地,所述控制逻辑单元调用的定位指令包括但不限于电机轴号、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址和目标速度。
优选地,所述定位控制模块包括有:参数缓冲区,用于保存所述上位通讯控制模块发来的参数;定位周期计算模块,用于在系统启动后,在每个计算周期内根据参数以及外部I/O状态,计算本周期应该发出的周期脉冲量,之后发送至所述电机控制模块。
优选地,所述电机驱动器的数量是多个。
优选地,所述控制器与多个电机驱动器之间采用菊花链的方式建立通信,并通过广播方式向所述电机驱动器发送数据。
优选地,所述控制器基于嵌入式处理器实现。
一种电机定位控制方法,该方法基于一系统实现,所述系统包括有控制器和至少一个电机驱动器,所述控制器包括有控制逻辑单元和上位通讯控制模块,所述电机驱动器包括有电机控制模块、定位控制模块和下位通讯控制模块,所述方法包括如下步骤:步骤S1,所述控制逻辑单元在用户编写的程序控制下调用定位指令;步骤S2,所述控制逻辑单元在定位指令生效后将该定位指令所包含的参数传递给上位通讯控制模块;步骤S3,所述上位通讯控制模块根据预设的通讯协议将参数打包发送至对应的电机驱动器;步骤S4,所述下位通讯控制模块接收所述上位通讯控制模块发来的参数,然后对通讯数据进行校验,校验通过后将参数发送到所述定位控制模块;步骤S5,所述定位控制模块根据参数进行周期计算,得到每个周期的周期脉冲量,在每个周期内将周期脉冲量发送到所述电机控制模块;步骤S6,所述电机控制模块根据周期脉冲量驱动电机运行,同时反馈电机的运行状态。
优选地,所述步骤S1中,所述控制逻辑单元调用的定位指令包括但不限于电机轴号、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址和目标速度。
本发明公开的电机定位控制系统及方法中,所述控制逻辑单元执行电机定位指令时,只在启动指令时计算指令运行的参数,这些参数如指令类型、加速时间、减速时间、目标地址、目标速度等,将这些参数传递给上位通讯控制模块,所述上位通讯控制模块根据预定义的通讯协议将这些参数传递给对应的电机驱动器,所述电机驱动器中的所述下位通讯控制模块接收到有效参数后,将这些参数传递给所述定位控制模块,所述定位控制模块根据这些参数,在启动信号到来后周期性地计算本周期应该发出的周期脉冲量,所述电机控制模块每个周期接收所述定位控制模块的输出信号,进而控制电机按指令运行。基于上述原理,使得本发明相比现有技术而言,能充分利用电机驱动器的富余资源,有助于减小控制器压力,并且在相同的硬件资源下使控制器能支持更多的轴数,而且无需周期性地传递数据,不仅有益于降低排查难度,还具有更强的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明电机定位控制系统的组成框图;
图2为控制器与电机驱动器之间的通信逻辑示意图;
图3为电机驱动器的组成框图;
图4为定位控制模块的组成框图;
图5为本发明优选实施例中定位控制模块发出的周期脉冲量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种电机定位控制系统,结合图1至图4所示,其包括有控制器1和至少一个电机驱动器2,所述控制器1包括有控制逻辑单元10和上位通讯控制模块11,所述电机驱动器2包括有电机控制模块20、定位控制模块21和下位通讯控制模块22,其中:
所述控制逻辑单元10用于在用户编写的程序控制下调用定位指令,并在定位指令生效后将该定位指令所包含的参数传递给上位通讯控制模块11;
所述上位通讯控制模块11用于根据预设的通讯协议将参数打包发送至对应的电机驱动器2;
所述下位通讯控制模块22用于与所述上位通讯控制模块11建立通信,并且接收所述上位通讯控制模块11发来的参数,然后对通讯数据进行校验,校验通过后将参数发送到所述定位控制模块21;
所述定位控制模块21用于根据参数进行周期计算,得到每个周期的周期脉冲量,在每个周期内将周期脉冲量发送到所述电机控制模块20;
所述电机控制模块20预设有电机控制算法,所述电机控制模块20用于根据周期脉冲量驱动电机3运行,同时反馈电机3的运行状态。
上述系统中,所述控制逻辑单元10执行电机定位指令时,只在启动指令时计算指令运行的参数,这些参数如指令类型、加速时间、减速时间、目标地址、目标速度等,将这些参数传递给上位通讯控制模块11,所述上位通讯控制模块11根据预定义的通讯协议将这些参数传递给对应的电机驱动器2,所述电机驱动器2中的所述下位通讯控制模块22接收到有效参数后,将这些参数传递给所述定位控制模块21,所述定位控制模块21根据这些参数,在启动信号到来后周期性地计算本周期应该发出的周期脉冲量,所述电机控制模块20每个周期接收所述定位控制模块21的输出信号,进而控制电机按指令运行。基于上述原理,使得本发明相比现有技术而言,能充分利用电机驱动器的富余资源,有助于减小控制器压力,并且在相同的硬件资源下使控制器能支持更多的轴数,而且无需周期性地传递数据,不仅有益于降低排查难度,还具有更强的抗干扰能力。
作为一种优选方式,所述控制逻辑单元10调用的定位指令包括但不限于电机轴号、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址和目标速度。
进一步地,所述定位控制模块21包括有:
参数缓冲区,用于保存所述上位通讯控制模块11发来的参数;
定位周期计算模块,用于在系统启动后,在每个计算周期内根据参数以及外部I/O状态,计算本周期应该发出的周期脉冲量,之后发送至所述电机控制模块20。
实际应用中,所述电机驱动器2的数量是多个。对于多个电机驱动器2,本实施例中,所述控制器1与多个电机驱动器2之间采用菊花链的方式建立通信,并通过广播方式向所述电机驱动器2发送数据。
进一步地,所述控制器1基于嵌入式处理器实现。
在此基础上,本发明还公开了一种电机定位控制方法,结合图1至图4所示,该方法基于一系统实现,所述系统包括有控制器1和至少一个电机驱动器2,所述控制器1包括有控制逻辑单元10和上位通讯控制模块11,所述电机驱动器2包括有电机控制模块20、定位控制模块21和下位通讯控制模块22,所述方法包括如下步骤:
步骤S1,所述控制逻辑单元10在用户编写的程序控制下调用定位指令;
步骤S2,所述控制逻辑单元10在定位指令生效后将该定位指令所包含的参数传递给上位通讯控制模块11;
步骤S3,所述上位通讯控制模块11根据预设的通讯协议将参数打包发送至对应的电机驱动器2;
步骤S4,所述下位通讯控制模块22接收所述上位通讯控制模块11发来的参数,然后对通讯数据进行校验,校验通过后将参数发送到所述定位控制模块21;
步骤S5,所述定位控制模块21根据参数进行周期计算,得到每个周期的周期脉冲量,在每个周期内将周期脉冲量发送到所述电机控制模块20;
步骤S6,所述电机控制模块20根据周期脉冲量驱动电机3运行,同时反馈电机3的运行状态。
作为一种优选方式,所述步骤S1中,所述控制逻辑单元10调用的定位指令包括但不限于电机轴号、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址和目标速度。
本发明公开的电机定位控制系统及方法,其实际应用过程中可以参考如下实施例。
实施例一
本实施例中,请参见图1,系统由一个控制器和多台电机驱动器构成,控制器可以基于ARM等嵌入式处理器,处理器上运行的控制逻辑可以处理用户编写的程序,用户编写程序控制各轴电机的启动停止、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址、目标转速等参数。控制器内程序判断某轴满足执行条件时,将运行参数打包,发送到通讯控制模块;通讯控制模块由通讯的处理程序及相关通讯接口硬件组成,在接收到控制逻辑发送过来的数据后,将数据发送到对应的电机驱动器。至此,控制器内部对一个轴的定位运行的处理全部完成。
请参见图2,本发明中通讯协议的具体实现方法包括:控制器与电机驱动器之间采用菊花链的方式连接,通过广播发送数据。控制器可以连接多台电机驱动器。每一个同步通讯周期开始,控制器先广播一个同步命令,使电机驱动器做好接收准备,之后在确定的时间片内分别与每一个电机驱动器通讯,下发或者读取数据,在访问过所有电机驱动器后,对没有正常通讯的驱动器进行重试。
请参见图3,本实施例中,电机驱动器包括通讯控制模块、定位控制模块级电机控制模块。其中通讯控制模块接收到属于本驱动器的数据后,将数据发送到定位控制模块。定位控制模块是一段周期性运行的处理逻辑,根据通讯模块发送过来的运行模式、加速时间、减速时间、目标地址、目标速度等参数以及外部I/O的状态,计算出本周期应该输出的周期位置指令脉冲,发送给电机控制模块。
进一步地,电机控制模块控制电机跟随定位控制模块输出的周期脉冲量,包括位置环、速度环、电流环计算逻辑以及相应的硬件,以及必要的保护及监控功能。
如图4所示,定位控制模块包括参数缓冲区和定位周期计算模块。参数缓冲区用来保存通讯控制模块发送过来的定位控制参数,典型的,包括定位模式、加速时间、减速时间、目标地址、目标转速。启动控制可以由通讯或者外部输入来触发,当启动控制触发时,定位周期计算模块从参数缓冲区里将所有需要的参数读入,并根据定位模式启动对应的计算逻辑,开始输出周期脉冲量。
基于上述系统架构,定位控制模块在运行第一速度定位时输出周期脉冲量的示意图请参见图5。
本实施例提出的电机定位控制系统,其中的控制器将用户编写程序中的定位指令解析成具体的控制定位运行的参数,如目标地址、加减速时间、目标转速等,将这些参数通过总线发送到对应的电机驱动器中,电机驱动器接收到这些数据后将参数发送到定位控制模块,定位控制模块与伺服驱动器的位置环同周期的计算,计算出每个位置环周期的指令脉冲量,驱动电机运行。
基于上述原理,使得本发明相比现有技术而言具有如下技术效果:首先,本发明在电机驱动器内进行定位控制的周期计算,充分利用电机驱动器富余的资源,减小了控制器的压力,控制器在相同的硬件资源下可以支持更多的轴数;其次,本发明在进行定位控制时只需要在启动定位时通过总线传输一组参数,在定位过程中不需要周期性的传递数据,降低了对总线的带宽需求;此外,本发明不需要在控制器和电机驱动器之间连接脉冲线,降低了布线和排查的难度,不易受到干扰。
以上所述只是本发明较佳的实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等,均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种电机定位控制系统,其特征在于,包括有控制器(1)和至少一个电机驱动器(2),所述控制器(1)包括有控制逻辑单元(10)和上位通讯控制模块(11),所述电机驱动器(2)包括有电机控制模块(20)、定位控制模块(21)和下位通讯控制模块(22),其中:
所述控制逻辑单元(10)用于在用户编写的程序控制下调用定位指令,并在定位指令生效后将该定位指令所包含的参数传递给上位通讯控制模块(11);
所述上位通讯控制模块(11)用于根据预设的通讯协议将参数打包发送至对应的电机驱动器(2);
所述下位通讯控制模块(22)用于与所述上位通讯控制模块(11)建立通信,并且接收所述上位通讯控制模块(11)发来的参数,然后对通讯数据进行校验,校验通过后将参数发送到所述定位控制模块(21);
所述定位控制模块(21)用于根据参数进行周期计算,得到每个周期的周期脉冲量,在每个周期内将周期脉冲量发送到所述电机控制模块(20);
所述电机控制模块(20)预设有电机控制算法,所述电机控制模块(20)用于根据周期脉冲量驱动电机(3)运行,同时反馈电机(3)的运行状态。
2.如权利要求1所述的电机定位控制系统,其特征在于,所述控制逻辑单元(10)调用的定位指令包括但不限于电机轴号、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址和目标速度。
3.如权利要求1所述的电机定位控制系统,其特征在于,所述定位控制模块(21)包括有:
参数缓冲区,用于保存所述上位通讯控制模块(11)发来的参数;
定位周期计算模块,用于在系统启动后,在每个计算周期内根据参数以及外部I/O状态,计算本周期应该发出的周期脉冲量,之后发送至所述电机控制模块(20)。
4.如权利要求1所述的电机定位控制系统,其特征在于,所述电机驱动器(2)的数量是多个。
5.如权利要求4所述的电机定位控制系统,其特征在于,所述控制器(1)与多个电机驱动器(2)之间采用菊花链的方式建立通信,并通过广播方式向所述电机驱动器(2)发送数据。
6.如权利要求1所述的电机定位控制系统,其特征在于,所述控制器(1)基于嵌入式处理器实现。
7.一种电机定位控制方法,其特征在于,该方法基于一系统实现,所述系统包括有控制器(1)和至少一个电机驱动器(2),所述控制器(1)包括有控制逻辑单元(10)和上位通讯控制模块(11),所述电机驱动器(2)包括有电机控制模块(20)、定位控制模块(21)和下位通讯控制模块(22),所述方法包括如下步骤:
步骤S1,所述控制逻辑单元(10)在用户编写的程序控制下调用定位指令;
步骤S2,所述控制逻辑单元(10)在定位指令生效后将该定位指令所包含的参数传递给上位通讯控制模块(11);
步骤S3,所述上位通讯控制模块(11)根据预设的通讯协议将参数打包发送至对应的电机驱动器(2);
步骤S4,所述下位通讯控制模块(22)接收所述上位通讯控制模块(11)发来的参数,然后对通讯数据进行校验,校验通过后将参数发送到所述定位控制模块(21);
步骤S5,所述定位控制模块(21)根据参数进行周期计算,得到每个周期的周期脉冲量,在每个周期内将周期脉冲量发送到所述电机控制模块(20);
步骤S6,所述电机控制模块(20)根据周期脉冲量驱动电机(3)运行,同时反馈电机(3)的运行状态。
8.如权利要求7所述的电机定位控制方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述控制逻辑单元(10)调用的定位指令包括但不限于电机轴号、运行模式、加速时间、减速时间、目标地址和目标速度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210625 |
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