CN113101632A - 一种电缸系统控制方法及电缸系统及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能化电机技术领域，公开了一种电缸控制方法及电缸系统及可读存储介质，电缸控制方法，应用于第一平台，包括：获取第一平台中目标对象的运动参数；将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；基于位置信息，生成转动指令；根据转动指令，控制电缸转动。这样，通过将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息生成控制指令，进一步基于控制指令控制电缸转动，可以解决降低电缸控制的成本高，提升控制的实时性。

Description

一种电缸系统控制方法及电缸系统及可读存储介质

技术领域

本发明涉及智能化电机技术领域，尤其涉及一种电缸控制方法及电缸系统及可读存储介质。

背景技术

交流伺服驱动器的控制模式一般分为位置模式，速度模式及转矩模式。目前流行的伺服驱动器，实现这三种控制模式的控制接口依然是硬线接口方式，即脉冲方向、数字IO及模拟量方式。这种硬线接口模式适合短距离，小台数的应用场合，当需要几十乃至成百台甚至上千的联合应用时，工程布线，长距离传输，控制信号衰减乃至失真，故障诊断麻烦的问题就会接踵而来。在这样应用条件下，带网络化的交流伺服驱动器将会成为代替传统PLC控制方案的优先考虑的新型方案。交流伺服驱动器的网络化接口，分为高端的快速总线系统和低端的一般总线系统。高端的总线系统，如EtherCAT总线系统，可提供信息传递的快速性和同步性，但价格很高，技术复杂，并不适合一般的普通应用。低端的总线系统，如RS485系统，其实时性也不好，组网能力也有限。可见，现有技术中的电缸控制成本高，实时性差。

发明内容

本发明提供了一种电缸控制方法及电缸系统及可读存储介质，以解决现有技术中，电缸控制成本高，实时性差问题。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种电缸控制方法，应用于第一平台，包括：

获取所述第一平台中目标对象的运动参数；

将所述运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；

基于所述位置信息，生成转动指令；

根据所述转动指令，控制电缸转动。

可选地，所述运动参数包括所述目标对象的速度、加速度、运动方向以及运动距离中的至少一项。

可选地，所述将所述运动参数转换为目标坐标系中的位置信息之前，所述方法还包括：

根据所述第一平台的平台边的方向建立所述目标坐标系。

可选地，所述基于所述位置信息，生成转动指令之前，所述方法还包括：

获取所述电缸的工作参数；

所述基于所述位置信息，生成转动指令，包括：

根据所述运动参数和所述位置信息，确定电缸对应于所述运动参数的转动信息；

根据所述转动信息生成转动指令。

可选地，所述根据所述转动指令，控制电缸转动之后，所述方法还包括：

实时获取电缸在转动过程中的负荷信息；

根据所述负荷信息调整所述转动指令。

第二方面，本发明提供一种电缸系统，应用于第一平台，包括：获取模块、计算模块、控制模块、驱动器以及电缸，其中，所述获取模块与所述计算模块连接，所述计算模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述驱动器链接，所述驱动器与所述电缸连接；

所述获取模块，用于获取所述第一平台中目标对象的运动参数；

所述计算模块，用于将所述运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；

所述控制模块，用于基于所述位置信息，生成转动指令；

所述驱动器，用于根据所述转动指令，控制电缸转动。

可选地，还包括球轴，电缸系统通过所述球轴与所述第一平台连接。

可选地，还包括限位传感器，所述限位传感器设置于所述电动缸上，且所述限位传感器与所述驱动器连接。

第三方面，本发明提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的电缸控制方法的步骤。

有益效果：

本发明提供了一种电缸控制方法，应用于第一平台，包括：获取第一平台中目标对象的运动参数；将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；基于位置信息，生成转动指令；根据转动指令，控制电缸转动。这样，通过将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息生成控制指令，进一步基于控制指令控制电缸转动，可以解决降低电缸控制的成本高，提升控制的实时性。

附图说明

图1为本发明优选实施例的一种电缸控制方法的流程图；

图2为本发明优选实施例提供的一种三自由度平台的示意图；

图3为本发明优选实施例提供的一种电缸控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作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。

如图1所示，本发明提供了一种电缸控制方法，应用于第一平台，包括：

步骤101、获取第一平台中目标对象的运动参数。

应理解，第一平台可以是指某一类虚拟现实(Virtual Reality，VR)游戏的动感平台，例如游戏引擎(unity)。下文中，以VR游戏平台作为第一平台为例进行具体步骤的详细说明。此处仅作示例，不做限定。

在该实施方式中，运动参数包括但不限于目标对象的速度、加速度、运动方向以及运动距离。其中，目标对象可以是指游戏中的某一个对象，例如，当用户在体验飞机游戏时，目标对象可以是指游戏中的飞机。

步骤102、将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息。

其中，目标坐标系可以是三维的坐标系，该三维的坐标系可以表示目标对象的运动情况。

步骤103、基于位置信息，生成转动指令。

其中，转动指令用于表示电缸的转动方向和转动角度。当用户在使用时，例如用户站在与电缸有直接接触的平台上时，通过控制电缸转动，进一步给用户带来真实的动感，进一步提升用户身临其境的感受。步骤104、根据转动指令，控制电缸转动。

上述的电缸控制方法，可以但不限于应用于第一平台，通过获取第一平台中目标对象的运动参数；将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；基于位置信息，生成转动指令；根据转动指令，控制电缸转动。这样，通过将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息生成控制指令，进一步基于控制指令控制电缸转动，可以解决降低电缸控制的成本高，提升控制的实时性。

可选地，将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息之前，上述的电缸控制方法还包括：

根据第一平台的平台边的方向建立目标坐标系。

在该实施方式中，目标坐标系包括X轴、Y轴以及Z轴，其中，X轴是VR游戏平台的水平面的边所在的方向轴，Y轴是水平空间内垂直于X轴的方向轴，Z轴是水平面内垂直于X轴的方向轴。在该实施方式中，通过建立目标坐标系，可以方便且准确地描述目标对象的运动情况。

可选地，生成转动指令之前，上述的电缸控制方法还包括：

获取电缸的工作参数；

基于位置信息，生成转动指令，包括：

根据运动参数和位置信息，确定电缸对应于运动参数的转动信息；

根据转动信息生成转动指令。

在该实施方式中，通过电缸的工作参数，确定转动信息，可以更准确的控制电缸转动。

其中，获取电缸的工作参数的步骤具体如下：

首先，创建构造函数，定义一个Thread的线程接收电缸的方法；执行Thread方法的Start方法来运行传入的方法。然后连接电缸，网络套接字：定义一个字段去接受IPv网络的Udp协议；广播地址的端口固定(根据电缸端口)；根据端口进行广播通知各电缸。然后执行数据传递，例如，在方法里面传入字节；判断传入的字节是否为空；传入字节方法并发送自己；否则在窗口输入一个警告传入的字节为空。然后，释放内存，例如，原来的方法首先判断是否为空；如果不为空则调用清除方法。做完这些准备之后可以开始设置电缸的数据以用于以后调用。

可选地，根据转动指令，控制电缸转动之后，方法还包括：

实时获取电缸在转动过程中的负荷信息；

根据负荷信息调整转动指令。

在该实施方式中，在运行的时候还可以测试负荷和寿命以防止出现危险的情况；例如，可以检测安全以及电缸的一定限度等情况，方便调试以及做出调整。

具体而言，在该实施方式中，电缸在转动过程中的负荷信息满足如下计算关系：

p表示电缸功率，a表示电机输出扭矩，π表示圆周率，n表示效率因素，一般选择电缸总效率85％，E表示电机转矩，I表示螺距，L表示丝杠导程。

可变换地，在一些可行的实施方式中，还可以基于运转寿命、中空管截面惯性矩或者危险转速调整转动指令。

其中，运转寿命满足如下计算关系：

Lrev表示精度寿命，Ca表示丝杆螺母基本额定动负载，Fa表示电缸承受的轴向平均负载，fw表示负荷系数，Ls表示电缸寿命。

中空管截面惯性矩满足如下计算关系：

d₁表示大径，d₂表示小径，l表示截面对X轴的惯性矩；

危险转速满足如下计算关系：

a表示危险转速，λ表示转动惯量比，E表示电机转矩，

表示加速度，A表示移动距离，1表示极对数，g表示重力。

上述的电缸控制方法，可以让用户在体验场景的过程中达到一个更加真实的体验，当我们unity运行过程中，场景使用户出现什么样子的状态，相应的电缸就会在脚下有一定角度的倾斜来使得用户在外力感官下符合场景的运行；并增加我们的真实感，沉浸感。现实与虚拟之间的交互更加完善。

具体地，电缸可以是六轴电缸，这样，通过Unity中的程序运行；发送信息给六轴电缸；依据预设的电缸程序表达对比阈值规则对收集到的用户输入的电缸数据进行处理，达到某样条件的触发，例如：模拟晃动；走路；坠落；等情况。共分为六个角度方向的变换。能够达到在一个条件的触发下根据用户体验到的场景不同内容中的不同方式去改变六轴电缸的一个状态，实现了动态的配置，同时也能够进行固定的方法；有助于开发中出现的各种情况的预设和处理、增强用户沉浸感和体验感。

下面，描述采用上述的电缸控制方法进行控制的一种可行的示例，如图2所示，在该示例中，以三自由度平台为例，其中，三自由度平台可以视为一个三角形，F32HeightToToMarkMm(A)为三角形顶点到座椅中心点的距离，F32HeightOfTriangleHemMm(B)为三角形底边高，F32TriangleHemMm(C)为三角形底边长度。

在该实施方式中，以游戏飞机为例，游戏中飞机的最大运动幅度是游戏中的实体如飞机或车在运动过程能绕着各轴旋转的最大角度和最大加速度。例如F32A1faMaxRad是绕着X轴旋转的最大角度，F32BetaMaxRad是绕着Y轴旋转的最大角度，F32GammaMaxRad是绕着Z轴旋转的最大角度；F32XAcceMaxG是沿着X轴方向的加速度，F32YAcceMaxG是沿着Y轴方向的加速度，F32ZAcceMaxG是沿着Z轴方向的加速度，其中加速度的最大值可以不进行设置。

其中，Lb是下平台短边F32StaticShortMm，Db是下平台六个铰点的外接圆直径F32StaticDiameterMm，La是上平台短边F32MovingShortMm，Da是上六个铰点的外接圆直径F32MovingDiameterMm。电缸除了上述参数之外；还有周期控制；临时变量；偏移值；电缸最高值；电缸最低值；速率；计时；周期时间；等字段来运用到该场景中。

进一步地，通过设置以上参数的大小，偏移量，做出了震动，行走，偏移；以及各种倾倒的方法。

而且，所有方法被定义后都有相对应的还原方法来返回某个状态，当然也有运行中的状态。例如，所有函数都有返回值，返回值的定义包括但不限于如下：Ox20000000表示函数调用成功，0x20000001表示加密狗打开失败，函数调用失败，0x20000002表示加密狗ID验证错误，函数调用失败，0x20000003表示加密狗HAMC验证错误，函数调用失败，其他值表示函数调用失败。此外，该方法中还可以包括：

平台类型选择函数例如，int_stdcall Choose_PlatformType(intPlatformType)；选择要控制的平台类型，需要在程序运行初始时调用。参数PlatformType为Ox00：3+1轴平台\3轴平台；为0x01：6轴平台。函数的返回值是平台类型。

或者包括体感参数复位函数：

例如，int_stdcall_DOF6_Public_CueModule_Reset()；对体感参数进行复位，需要在程序运行初始时调用。无参数。

或者包括参数传递函数：

例如，int_stdcallDOF6_Public_UserCueParaTranfer(DOF6_SYS_PARA*p)；将所有参数传递给动态链接库。

或者包括机械参数初始化函数：

例如int_stdcall_DOF6_Public_MechModule_InitCa()；计算平台的坐标及中位高度。无参数。

或者包括打开UDP端口函数：

例如，int_stdcall_Public_OpenMboxUdpPort()；函数打开UDP端口。无参数。

或者包括体感+反解算法函数：

例如：

int_stdcall_DOF6_Public_Cue2Inverse_Solution(DOF6_GAME_PARA*p，DOF6_POSITOPN_PARA*q，int UDPEnable)；通过UDP端口发送数据控制平台运动。

输入参数DOF6_GAME_PARA术p为游戏参数的实时数据，输出参数DOF6_POSTION_PARA输出六个缸的位置脉冲数，输入参数UDPEnable选择函数实现的功能，当UDPEnable＝1时，函数输出六个缸的位置脉冲并送UDP数据控制平台运动；当UDPEnable＝0时，函数仅输出六个缸的位置脉冲不发送UDP数据。

或者包括平台复位函数函数：

例如，int_stdcall_Public_ResetPlatform()；通过UDP端口发送数据控制平台复位。无参数。

以游戏参数为例。

此六个参数为实时参数，是根据游戏中运动实体的实时姿态信息来设置。

在游戏中有坐标系X轴Y轴以及Z轴。

以赛车为例，车体绕X轴的旋转角度是F32ReciveAlfaRad，绕Y轴的旋转角度是F32ReciveBetaRad，绕Z轴的旋转角度是F32ReciveGammaRad，沿着X轴的加速度是F32ReciveXAcceG，绕着Y轴的加速度是F32ReciveYAcceG，绕着Z轴的加速度是F32ReciveZAcceG。车在运动的过程中，旋转角度和加速度是实时变化的，因此需要根据游戏的信息实时更新游戏参数。

本申请实施例还提供一种电缸系统，如图3所示，应用于第一平台，包括：获取模块、计算模块、控制模块、驱动器以及电缸，其中，获取模块与计算模块连接，计算模块与控制模块连接，控制模块与驱动器链接，驱动器与电缸连接；

获取模块，用于获取第一平台中目标对象的运动参数；

计算模块，用于将运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；

控制模块，用于基于位置信息，生成转动指令；

驱动器，用于根据转动指令，控制电缸转动。

可选地，上述电缸系统还包括球轴，电缸系统通过球轴与第一平台连接。

可选地，上述电缸系统还包括限位传感器，限位传感器设置于电动缸上，且限位传感器与驱动器连接。

上述的电缸系统，采用全新的电机控制算法，对永磁同步伺服电机的位置、速度、加速度和输出转矩进行精确控制。特点包括通用运动控制功能：位置/速度/力拒控制，模式切换。快速的电流环浮点CLA内核处理，具有良好的动态跟随性。内置电网电压补偿控制，自动适应电网电压的波动。内置2路可选共振低通滤波，以及2级共振陷波滤波器，有效应对机械共振。内置专有智能再生制动控制技术。内置转矩观测器技术，自动适应负载的变化。控制增益可切换或内部自适应匹配。内置动态制动控制，为驱动提供额外的安全防护。具有过载自动降载算法，可参数化选择是否过载保护，以及参数化设置自动平滑降载及恢复过载能力。支持MODBUS协议的RS232及RS485通讯接口，直接与上位机和触摸屏等通讯。支持CAN总线接口，内置专有通讯协议，方便客户定制使用。控制端口支持软件方式分配、逻辑设置、可编程滤波，使用灵活方便可靠。脉冲模拟量接口，脉冲输入频率最高可达1MHZ。2路模拟量输出可观测驱动器内部状态，方便现场调试。内置功率器件温度监控和过流，过压以及过热等保护，确保可靠驱动。具有历史故障记录等可靠性管理功能。传感器一般会连接到伺服驱动器的超程输入端，从而实现正转禁止和反转禁止的保护动作，避免电动缸超程使用。

一般正常情况下，上限位传感器也可以不接入，以便节省成本。用户在这种情况下，也可以通过设定MBOX的电动缸软限位参数来实现软保护。动感平台在某些应用工程实践中，希望可以实现完全无限位传感器及电子尺反馈，以便简化系统实施。MBOX动感平台控制器支持完全无限位传感器的动感平台初始定位及正常运行，但不包括如下组合下的应用情况：电动缸内部不具备防转装置的功能。电动缸与平台的运动部分连接采用球轴连接方式的。当电动缸及其安装为上述组合应用情况下，电动缸的直线运动与电机的旋转运动之间根本不存在重复定位能力，电机的往复旋转运动会导致电动缸的直线运动向一个方向不断打滑并积累到顶缸的情况发生。这种情况一般是由于电动缸生产厂家出于成本考虑而取消防转装置，而电动缸集成应用厂家采用球轴连接结构情况下发生的。(如果连接部分采用鱼眼结构或万向节结构的话，也会避免电动缸打滑积累到顶缸的情况的发生)。

为了额外的安全运行防护，或为了避免电动缸打滑积累导致顶缸并造成驱动器及电机的损害，一般会在电动缸的两头安装2个限位传感器。限位传感器一般会连接到伺服驱动器的超程输入端，从而实现正转禁止和反转禁止的保护动作，避免电动缸超程使用。当用户决定在电动缸上安装限位传感器时，则不必额外配置外部电源。由于使用HS伺服驱动器，可提供12V(100mA以内)的供电电源，因此实现外部限位开关与HS伺服驱动器的直接连接，省掉了外接电源的成本和接线。

上述的电钢系统可广泛用于运动模拟、机器人、飞行器空间交会对接仿真器、舰船及汽车模拟器、新型加工机床、卫星、导弹等飞行器的精确运动仿真，以及4D动感座椅，六自由度平台等。是国防军事、航空航天、汽车制造、机械工业以及各种复杂环境测试，训练必不可少的重要设备模拟起飞前的各种仪表参数及起飞时的各种视觉、听觉、动感等。例如，模拟各种俯仰、偏航、加速、抖振、悬停等飞行状态。按照真实飞机的操纵、仪表、声音等设计，模拟出可以给飞行员各种的生理感觉。包括无线电系统、通信系统、语音系统、导航系统、视景系统、发动机系统、燃油系统、液压系统、操纵系统等。提高飞行员的特情处置能力，可应用于搜救、公务、海上平台作业飞行等领域。模拟各种特情状态，起飞、着陆、转场、转机等。

可选地，本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如上所述的机器视觉识别方法的步骤。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电缸控制方法，应用于第一平台，其特征在于，包括：

获取第一平台中目标对象的运动参数；

将所述运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；

基于所述位置信息，生成转动指令；

根据所述转动指令，控制电缸转动。

2.根据权利要求1所述的电缸控制方法，其特征在于，所述运动参数包括所述目标对象的速度、加速度、运动方向以及运动距离中的至少一项。

3.根据权利要求1所述的电缸控制方法，其特征在于，所述将所述运动参数转换为目标坐标系中的位置信息之前，所述方法还包括：

根据所述第一平台的平台边的方向建立所述目标坐标系。

4.根据权利要求1所述的电缸控制方法，其特征在于，所述基于所述位置信息，生成转动指令之前，所述方法还包括：

获取所述电缸的工作参数；

所述基于所述位置信息，生成转动指令，包括：

根据所述运动参数和所述位置信息，确定电缸对应于所述运动参数的转动信息；

根据所述转动信息生成转动指令。

5.根据权利要求1所述的电缸控制方法，其特征在于，所述根据所述转动指令，控制电缸转动之后，所述方法还包括：

实时获取电缸在转动过程中的负荷信息；

根据所述负荷信息调整所述转动指令。

6.一种电缸系统，应用于第一平台，其特征在于，包括：获取模块、计算模块、控制模块、驱动器以及电缸，其中，所述获取模块与所述计算模块连接，所述计算模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述驱动器链接，所述驱动器与所述电缸连接；

所述获取模块，用于获取所述第一平台中目标对象的运动参数；

所述计算模块，用于将所述运动参数转换为目标坐标系中的位置信息；

所述控制模块，用于基于所述位置信息，生成转动指令；

所述驱动器，用于根据所述转动指令，控制电缸转动。

7.根据权利要求6所述的电缸系统，其特征在于，还包括球轴，电缸系统通过所述球轴与所述第一平台连接。

8.根据权利要求6所述的电缸系统，其特征在于，还包括限位传感器，所述限位传感器设置于所述电动缸上，且所述限位传感器与所述驱动器连接。

9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的电缸控制方法的步骤。

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