CN114625183A - 一种多通道电动缸控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多通道电动缸控制装置，包括控制器、与所述控制器信号连接的若干个驱动器、分别与各个所述驱动器信号连接的集线器，各所述集线器中均安装有与不同类型的电动缸的接线端子适配的若干个接线连接器，且所述控制器中集成安装有与各所述电动缸的电机编码器适配的兼容解码模块，各所述驱动器分别用于根据所述控制器的控制指令驱动对应的所述电动缸运行。本发明所公开的多通道电动缸控制装置，能够顺利实现与不同类型的电动缸的信号连接，保证控制指令能够正常传递和执行。本发明还公开一种多通道电动缸控制方法，其有益效果如上所述。

Description

一种多通道电动缸控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及驱动缸技术领域，特别涉及一种多通道电动缸控制装置。本发明还涉及一种多通道电动缸控制方法。

背景技术

随着电机技术的发展，越来越多的驱动设备已得到广泛应用。

电动缸是一种重要的驱动设备，主要由驱动电机进行驱动，能够实现伸缩杆的直线往复运动或其余复杂运动。相比于传统的液压缸、气压缸等驱动设备，电动缸具有结构简单、维护方便、运动平稳、低噪音、传动效率高、定位精度高、可靠性高和安全性高等优点，目前已广泛应用于多种行业的生产车间、装配车间、工艺流水线等场景中。

目前，为实现复杂的控制功能和运动形式，往往需要多个电动缸进行同时复合使用，比如一个电动缸负责工件的某一段运动，而另一个电动缸负责工件的另一段运动，或者多个电动缸需要进行协同运动、先后次序运动等。

然而，国内外的电动缸的生产厂家产品种类众多，不同类型的电动缸通常都需要配备有一套专用的控制系统，不同的控制系统对电动缸的控制方式可能各不相同，比如可分别通过力矩控制、速度控制、位置控制等方式控制电动缸的工作状态。在实际应用中，当不同类型或不同品牌的电动缸进行组合使用时，往往需要多套专用的控制系统同时参与，这些不同的控制系统之间相互独立，难以实现理想的协同控制。并且，由于不同类型的电动缸中的驱动电机使用的编码器可能各不相同，因此不同类型的电动缸反馈给控制器的反馈信号可能属性不一致，可能出现在部分电动缸能够准确执行控制器的控制指令而部分电动缸无法识别信号的情况。同时，不同类型的电动缸的接线端子的形状、结构、数量等参数可能存在差异，当多个电动缸与同一个控制器相连时，可能无法实现正常的电性连接，进而导致无法形成信号连接。

因此，如何顺利实现与不同类型的电动缸的信号连接，保证控制器的控制指令能够正常传递和执行，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多通道电动缸控制装置，能够顺利实现与不同类型的电动缸的信号连接，保证控制指令能够正常传递和执行。本发明的另一目的是提供一种多通道电动缸控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多通道电动缸控制装置，包括控制器、与所述控制器信号连接的若干个驱动器、分别与各个所述驱动器信号连接的集线器，各所述集线器中均安装有与不同类型的电动缸的接线端子适配的若干个接线连接器，且所述控制器中集成安装有与各所述电动缸的电机编码器适配的兼容解码模块，各所述驱动器分别用于根据所述控制器的控制指令驱动对应的所述电动缸运行。

优选地，所述兼容解码模块包括分别用于适配增量编码器、霍尔传感器、旋转变压器、正弦编码的信号解码器。

优选地，所述控制器与各所述驱动器之间通过总线连接。

优选地，还包括与所述控制器信号连接、用于分别检测各所述电动缸的驱动力的若干个力传感器。

优选地，还包括与所述控制器信号连接、用于分别检测各所述电动缸的伸缩杆位置的若干个位置传感器。

本发明还提供一种多通道电动缸控制方法，包括：

将各电动缸的接线端子分别与各自对应的集线器形成电性连接，以使各所述电动缸与对应的驱动器形成信号连接；

接收控制器发送的控制指令并据此分析与各所述电动缸相关的目标运行参数，以使各所述驱动器按照所述目标运行参数控制对应的所述电动缸运行；

检测各所述电动缸的当前运行参数，并计算各所述当前运行参数与对应的所述目标运行参数的差值；

根据各所述差值分别调整各所述驱动器的驱动状态。

优选地，在接收控制器发送的控制指令之前，还包括：

对各所述电动缸的性能参数进行标定。

优选地，各所述驱动器按照所述目标运行参数控制对应的所述电动缸运行，具体包括：

各所述驱动器分别按照目标驱动力、目标速度或目标位置参数控制对应的所述电动缸的伸缩杆进行伸缩运动。

优选地，根据各所述差值分别调整各所述驱动器的驱动状态，具体包括：

根据各所述差值通过PID算法计算与各所述电动缸的伸缩杆相关的速度控制参数，并根据所述速度控制参数使各所述驱动器调整各所述电动缸的伸缩杆的伸缩速度。

优选地，还包括：

在检测到各所述电动缸的当前运行参数超过安全阈值时发出警报并使对应的所述电动缸暂停运行。

本发明所提供的多通道电动缸控制装置，主要包括控制器、驱动器、集线器和接线连接器。其中，控制器为核心部件，主要用于根据用户操作或上位机指令发出针对电动缸的控制指令。驱动器与控制器保持信号连接，一般同时设置有多个，一个驱动器即对应一个通道的电动缸，主要用于接收控制器所发送的控制指令，并根据控制指令的控制内容驱动与其对应的电动缸进行运行，并达到目标运行状态。集线器与各个驱动器保持信号连接，主要用于与电动缸相连以形成电性连接。重要的是，在集线器内设置有若干个接线连接器，不同的接线连接器能够适用于不同规格的电动缸的接线端子，从而在与电动缸信号连接时，只需在集线器中通过与当前电动缸的接线端子适配的接线连接器，即可实现电动缸与集线器的电性连接，进而实现电动缸与驱动器、控制器的信号连接。同时，在控制器中集成安装有兼容解码模块，该兼容解码模块能够与各种类型的电动缸的电机编码器适配，从而使得电动缸发送给控制器的反馈信号能够通过兼容解码模块进行解码转化，保证控制器能够正确识别各个电动缸的反馈信号以及各个电动缸能够正确执行控制器的控制指令。因此，本发明所提供的多通道电动缸控制装置，能够顺利实现与不同类型的电动缸的信号连接，保证控制指令能够正常传递和执行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式中多通道电动缸控制装置的结构示意图。

图2为本发明所提供的一种具体实施方式中多通道电动缸控制方法的方法流程图。

图3为电动缸的独立控制模式的方法流程图。

图4为电动缸的组合控制模式的方法流程图。

图5为电动缸的同步控制模式的方法流程图。

其中，图1中：

控制器—1，驱动器—2，集线器—3，电动缸—4，力传感器—5，位置传感器—6，兼容解码模块—11，接线连接器—31。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式中多通道电动缸控制装置的结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，多通道电动缸控制装置主要包括控制器1、驱动器2、集线器3和接线连接器31。

其中，控制器1为核心部件，主要用于根据用户操作或上位机指令发出针对电动缸4的控制指令。

驱动器2与控制器1保持信号连接，一般同时设置有多个，一个驱动器2即对应一个通道的电动缸4，主要用于接收控制器1所发送的控制指令，并根据控制指令的控制内容驱动与其对应的电动缸4进行运行，并达到目标运行状态。

集线器3与各个驱动器2保持信号连接，主要用于与电动缸4相连以形成电性连接。重要的是，在集线器3内设置有若干个接线连接器31，不同的接线连接器31能够适用于不同规格的电动缸4的接线端子，从而在与电动缸4信号连接时，只需在集线器3中通过与当前电动缸4的接线端子适配的接线连接器31，即可实现电动缸4与集线器3的电性连接，进而实现电动缸4与驱动器2、控制器1的信号连接。

同时，在控制器1中集成安装有兼容解码模块11，该兼容解码模块11能够与各种类型的电动缸4的电机编码器适配，从而使得电动缸4发送给控制器1的反馈信号能够通过兼容解码模块11进行解码转化，保证控制器1能够正确识别各个电动缸4的反馈信号以及各个电动缸4能够正确执行控制器1的控制指令。

因此，本实施例所提供的多通道电动缸控制装置，能够顺利实现与不同类型的电动缸4的信号连接，保证控制指令能够正常传递和执行。

在关于兼容解码模块11的一种优选实施例中，该兼容解码模块11具体为一种复合型的信号解码器，其内预先配置有若干个不同类型的解码器，能够根据不同类型的电动缸4的解码器所发送的反馈信号自动匹配对应的解码器，再对电动缸4发送的反馈信号进行解码和转化。一般的，该兼容解码模块11主要包括分别用于适配增量编码器、霍尔传感器、旋转变压器、正弦编码、SSI编码器(Synchronous Serial Interface，同步串行接口)等的信号解码器。

为便于控制器1与各个驱动器2之间的信号连接和信号交互，本实施例中，控制器1与各个驱动器2之间具体通过总线实现信号连接，比如Ethercat总线。当然，其余类型的总线，比如I2C总线、CAN总线等也同样可以采用。当然，控制器1与各个驱动器2之间还可通过无线通讯方式实现信号连接。

此外，为便于控制器1精确控制各个电动缸4的运行状态，本实施例中增设了力传感器5和位置传感器6。其中，力传感器5一般设置在电动缸4上，并与控制器1保持信号连接，主要用于实时检测电动缸4的驱动力，以便控制器1及时获取电动缸4的驱动力状态，进而以此为控制参数调整电动缸4的运行状态。一般的，由于电动缸4设置有多个，因此力传感器5也设置有多个，且一个力传感器5对应一个电动缸4。当然，力传感器5的信号线缆可以先与集线器3相连后，再直接反馈给控制器1或间接通过驱动器2反馈给控制器1。

同理，位置传感器6一般设置在电动缸4上，比如设置在电动缸4的伸缩杆上等，并与控制器1保持信号连接，主要用于实时检测电动缸4的伸缩杆的位置，以便控制器1及时获取电动缸4的伸缩杆的伸缩位置变化，进而以此为控制参数调整电动缸4的运行状态。一般的，由于电动缸4设置有多个，因此位置传感器6也设置有多个，且一个位置传感器6对应一个电动缸4。当然，位置传感器6的信号线缆可以先与集线器3相连后，再直接反馈给控制器1或间接通过驱动器2反馈给控制器1。

如图2所示，图2为本发明所提供的一种具体实施方式中多通道电动缸控制方法的方法流程图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，多通道电动缸控制方法主要包括四个步骤，分别为：

S1、将各电动缸4的接线端子分别与各自对应的集线器3形成电性连接，以使各电动缸4与对应的驱动器2形成信号连接；

S2、接收控制器1发送的控制指令并据此分析与各电动缸4相关的目标运行参数，以使各驱动器2按照目标运行参数控制对应的电动缸4运行；

S3、检测各电动缸4的当前运行参数，并计算各当前运行参数与对应的目标运行参数的差值；

S4、根据各差值分别调整各驱动器2的驱动状态。

其中，在步骤S1与步骤S2之间，为保证能够精确控制电动缸4的运行状态，本实施例中还包括对各电动缸4的性能参数进行标定的步骤。具体的，首选设置每个电动缸4的性能参数，主要包括丝杆导程、最大行程、额定速度等。同时，由于电动缸4的性能参数将会影响运行状态和运行参数，且力传感器5和位置传感器6需要对相关的运行参数进行检测，因此，还可继续设置对应的力传感器5量程参数、位置传感器6量程参数。

进一步的，为保证电动缸4的运行安全性，本实施例中，在检测到各电动缸4的当前运行参数超过安全阈值时，将立刻发出警报并使对应的电动缸4暂停运行。一般的，该安全阈值可实现进行设置，即系统保护参数，比如电动缸4的最大运动位置、最小运动位置、最大力值范围、最小力值范围等。如果电动缸4在运行过程中超过最大、最小运动位置或最大、最小力值的允许范围，则控制器1向驱动器2发送急停指令，使电动缸4的动作立即停止。

一般的，驱动器2按照目标运行参数控制对应的电动缸4进行运行时，主要按照目标驱动力、目标速度或目标位置参数控制对应的电动缸4的伸缩杆进行伸缩运动，以使电动缸4的伸缩杆的驱动力逐渐达到目标驱动力、运动速度逐渐达到目标速度、位置逐渐达到目标位置。

另外，根据实际应用需求，多通道电动缸控制方法具体可选择进行手动控制或自动控制。

其中，当选择进行手动控制时，控制器1向驱动器2发送关于电动缸4的目标速度的控制指令，驱动器2再驱动电动缸4的伸缩杆按照指定的速度执行伸出或缩回动作，或者控制器1向驱动器2发送关于电动缸4的目标位置的控制指令，驱动器2再驱动电动缸4的伸缩杆按照设定的速度运行到目标位置。

当选择进行自动控制时，多通道电动缸控制方法具体具有三种自动控制模式，分别为独立控制模式、组合控制模式和同步控制模式。

如图3所示，图3为电动缸4的独立控制模式的方法流程图。

其中，当进行独立控制模式时，首先选定目标控制通道(即目标电动缸4)，然后根据实际需求，可通过驱动力控制和位置控制两种控制方式对每个通道的电动缸4进行控制。

若为驱动力控制方式，则控制器1根据预先设置的目标驱动力值，同时实时采集力传感器5的力值反馈信号，计算目标驱动力值与检测力值的偏差，再通过PID控制算法计算速度控制指令值，之后将其发送给驱动器2控制电动缸4的动作，如此调节电动缸4的运行状态，直到检测力值达到目标驱动力值为止。

若为位置控制方式，则控制器1根据预先设置的目标位置，同时实时采集电动缸4的位置反馈信号，计算目标位置和实际位置的偏差，通过PID控制算法得到速度控制指令值，将其发送给驱动器2控制电动缸4的动作，如此调节电动缸4的运行状态，直到实际位置达到目标位置为止。

如图4所示，图4为电动缸4的组合控制模式的方法流程图。

当进行组合控制模式时，首先选定第一个目标控制通道，然后根据实际需求，通过驱动力控制和位置控制两种控制方式对此通道的电动缸4进行控制。在第一个目标控制通道的动作执行完成后，再设置下一个目标控制通道，同样通过驱动力控制和位置控制两种控制方式对此通道的电动缸4进行控制，如此依次实现多个电动缸4间的组合控制。

若为驱动力控制方式，则控制器1根据预先设置的目标驱动力值，同时实时采集力传感器5的力值反馈信号，计算目标驱动力值和检测力值的偏差，通过PID控制算法得到速度控制指令值，发送给驱动器2控制电动缸4的动作，如此调节电动缸4的运行状态，直到检测力值达到目标驱动力值为止。

若为位置控制方式，则控制器1根据预先设置的目标位置，同时实时采集电动缸4的位置反馈信号，计算目标位置和实际位置的偏差，通过PID控制算法得到速度控制指令值，发送给驱动器2控制电动缸4的动作，如此调节电动缸4的运行状态，直到实际位置达到目标位置为止。

如图5所示，图5为电动缸4的同步控制模式的方法流程图。

当进行同步控制模式时，首先选定需要参与同步控制的所有目标控制通道，然后根据实际需求，通过驱动力控制和位置控制两种控制方式对每个通道的电动缸4同步发送控制指令。

若为驱动力控制方式，则控制器1根据预先设置的目标力值，同时实时采集力传感器5的力值反馈信号，计算目标驱动力值和检测力值的偏差，通过PID控制算法得到速度控制指令值，发送给驱动器2控制电动缸4的动作，如此调节电动缸4的运行状态，直到检测力值达到目标力值为止。

若为位置控制方式，则控制器1根据预先设置的目标位置，同时实时采集电动缸4的位置反馈信号，计算目标位置和实际位置的偏差，通过PID控制算法得到速度控制指令值，发送给驱动器2控制电动缸4的动作，如此调节电动缸4的运行状态，直到实际位置达到目标位置为止。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多通道电动缸控制装置，其特征在于，包括控制器(1)、与所述控制器(1)信号连接的若干个驱动器(2)、分别与各个所述驱动器(2)信号连接的集线器(3)，各所述集线器(3)中均安装有与不同类型的电动缸(4)的接线端子适配的若干个接线连接器(31)，且所述控制器(1)中集成安装有与各所述电动缸(4)的电机编码器适配的兼容解码模块(11)，各所述驱动器(2)分别用于根据所述控制器(1)的控制指令驱动对应的所述电动缸(4)运行。

2.根据权利要求1所述的多通道电动缸控制装置，其特征在于，所述兼容解码模块(11)包括分别用于适配增量编码器、霍尔传感器、旋转变压器、正弦编码的信号解码器。

3.根据权利要求1所述的多通道电动缸控制装置，其特征在于，所述控制器(1)与各所述驱动器(2)之间通过总线连接。

4.根据权利要求1所述的多通道电动缸控制装置，其特征在于，还包括与所述控制器(1)信号连接、用于分别检测各所述电动缸(4)的驱动力的若干个力传感器(5)。

5.根据权利要求4所述的多通道电动缸控制装置，其特征在于，还包括与所述控制器(1)信号连接、用于分别检测各所述电动缸(4)的伸缩杆位置的若干个位置传感器(6)。

6.一种多通道电动缸控制方法，其特征在于，包括：

将各电动缸的接线端子分别与各自对应的集线器形成电性连接，以使各所述电动缸与对应的驱动器形成信号连接；

接收控制器发送的控制指令并据此分析与各所述电动缸相关的目标运行参数，以使各所述驱动器按照所述目标运行参数控制对应的所述电动缸运行；

检测各所述电动缸的当前运行参数，并计算各所述当前运行参数与对应的所述目标运行参数的差值；

根据各所述差值分别调整各所述驱动器的驱动状态。

7.根据权利要求6所述的多通道电动缸控制方法，其特征在于，在接收控制器发送的控制指令之前，还包括：

对各所述电动缸的性能参数进行标定。

8.根据权利要求6所述的多通道电动缸控制方法，其特征在于，各所述驱动器按照所述目标运行参数控制对应的所述电动缸运行，具体包括：

各所述驱动器分别按照目标驱动力、目标速度或目标位置参数控制对应的所述电动缸的伸缩杆进行伸缩运动。

9.根据权利要求8所述的多通道电动缸控制方法，其特征在于，根据各所述差值分别调整各所述驱动器的驱动状态，具体包括：

根据各所述差值通过PID算法计算与各所述电动缸的伸缩杆相关的速度控制参数，并根据所述速度控制参数使各所述驱动器调整各所述电动缸的伸缩杆的伸缩速度。

10.根据权利要求6所述的多通道电动缸控制方法，其特征在于，还包括：

在检测到各所述电动缸的当前运行参数超过安全阈值时发出警报并使对应的所述电动缸暂停运行。

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