CN115047920A - 具有侦错功能的电动机命令输出模块及其命令侦错方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有侦错功能的电动机命令输出模块，其包括中央处理单元及现场可编程逻辑门阵列单元。所述中央处理单元根据运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令。所述现场可编程逻辑门阵列单元是电连接于所述中央处理单元且可依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令产生电动机脉波命令，并将所述电动机脉波命令解码为电动机实际位置资料以与预定经过位置资料比较，并通过系统时间来计算所述电动机脉波命令是否正确。本发明也提出一种电动机命令侦错方法。

Description

具有侦错功能的电动机命令输出模块及其命令侦错方法

技术领域

本发明涉及一种具有侦错功能的电动机命令输出模块及其命令侦错方法，尤其涉及一种以数位差分法产生电动机脉波命令的电动机命令输出模块及其命令侦错方法。

背景技术

精密电动机运动定位控制在许多产业机械和工业应用上是非常基本且重要的核心技术。一般常见的开回路运动控制架构可由工业计算机、运动控制器、驱动器、电动机和机台组成。工业计算机用于下达不同运动命令例如直线或圆弧运动给运动控制器。运动控制器则根据计算机给予的运动命令以及限制条件计算出位置命令和时间周期后再通过数位差分法(Digital Differential Analyzer；DDA)产生一连串均匀脉波命令给驱动器使电动机驱使机台能在特定时间移动到特定位置。DDA演算法所提供的脉波命令输出是工业应用常见的电动机控制信号，使用者可以自行设定DDA的周期(DDA Cycle Time)，并搭配电动机速度转换成在一个DDA周期内所需要的脉波数，运动控制器就可将在此DDA周期内将所规划的脉波量均匀的送给驱动器，使电动机在每一个DDA周期内做等速运动。

机台定位不准是本技术领域常见的问题，除了有安全疑虑外，也会降低机台加工品质和生产效率。过去常见确认定位的方法为通过接收驱动器回传的实际位置信号以确认机台偏移到目标位置后，再从机构设计或控制回路调整等调查可能原因。然而，因机台定位不准的问题可能是因为运动控制器给出的命令有误或是机构设计、控制回路调整所致，需要较多的排查时间才能确认真正原因。

发明内容

基于本发明的至少一个实施例，本发明的具有侦错功能的电动机命令输出模块及其命令侦错方法，可在定位出现误差时先确认电动机命令输出模块所给出的电动机命令是否有误，借此可节省发生机台定位不准时的所耗费的排查时间。

本发明的一方面是提供一种具有侦错功能的电动机命令输出模块。所述电动机命令输出模块包括中央处理单元以及现场可编程逻辑门阵列单元。所述中央处理单元包括运动控制电路以及电连接于所述运动控制电路的错误侦测电路，所述运动控制电路配置为根据运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令。所述现场可编程逻辑门阵列单元是电连接于所述中央处理单元且包括数位差分法脉波产生电路、脉波命令解码电路、第一缓冲电路、第二缓冲电路、高速比较电路、锁存电路、位置命令计数电路以及时间计数电路。所述数位差分法脉波产生电路配置为依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令，通过数位差分演算法产生电动机脉波命令。所述运动控制电路还配置为将所述电动机位置命令及所述电动机速度命令转化为对应所述电动机脉波命令的每一差分周期的脉波数给所述错误侦测电路。所述错误侦测电路配置为依据所述脉波数计算出多个预定经过位置资料，并将所述预定经过位置资料依序设定到所述第一缓冲电路中。所述脉波命令解码电路配置为解码所述电动机脉波命令，所述位置命令计数电路配置为依据所述解码后的电动机脉波命令产生多个电动机目前位置资料。所述高速比较电路配置为依序比较所述预定经过位置资料与所述电动机目前位置资料，当所述电动机目前位置资料达到所述预定经过位置时，触发所述锁存电路。所述时间计数电路配置为持续更新系统时间值。所述锁存电路被触发后配置为依序将达到所述预定经过位置的所述电动机目前位置资料以及所述时间计数电路的系统时间值写入所述第二缓冲电路中。所述错误侦测电路还配置为依序读取所述第二缓冲电路中的所述电动机目前位置资料以及所对应的系统时间值并加以计算，从而判断所述数位差分法脉波产生电路所产生的电动机脉波命令是否正确。

本发明的又一方面是提供一种电动机命令侦错方法，应用于上述电动机命令输出模块，包括下列步骤：

a.提供运动命令给所述运动控制电路，所述运动控制电路根据所述运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令；

b.所述数位差分法脉波产生电路依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令，通过数位差分演算法产生电动机脉波命令；

c.所述运动控制电路将所述电动机位置命令及所述电动机速度命令转化为对应所述电动机脉波命令的每一差分周期的脉波数给所述错误侦测电路；

d.所述错误侦测电路依据所述脉波数计算出多个预定经过位置资料，并将所述预定经过位置资料依序设定到所述第一缓冲电路中；

e.所述脉波命令解码电路解码所述电动机脉波命令；

f.所述位置命令计数电路依据所述解码后的电动机脉波命令产生多个电动机目前位置资料；

g.所述高速比较电路依序比较所述预定经过位置资料与所述电动机目前位置资料，当所述电动机目前位置资料达到所述预定经过位置时，触发所述锁存电路；

h.所述锁存电路依序将达到所述预定经过位置的所述电动机目前位置资料以及所述时间计数电路的系统时间值写入所述第二缓冲电路中；以及

i.所述错误侦测电路依序读取所述第二缓冲电路中的所述电动机目前位置资料以及所对应的系统时间值并加以计算，从而判断所述数位差分法脉波产生电路所产生的电动机脉波命令是否正确。

可选地，所述现场可编程逻辑门阵列单元还包括中断控制电路，所述错误侦测电路配置为在所述数位差分法脉波产生电路发出不正确的电动机脉波命令时，令所述中断控制电路发出中断信号。

可选地，电动机命令侦错方法还包括步骤j：所述错误侦测电路在所述电动机脉波命令数位差分法脉波产生电路发出不正确的电动机脉波命令时，令所述中断控制电路下一命令以发出中断信号。

可选地，具有侦错功能的电动机命令输出模块还包括基板，所述中央处理单元及所述现场可编程逻辑门阵列单元分别为设置于所述基板上的集成电路。

可选地，所述中央处理单元为数字信号处理器。

可选地，所述基板包括电连接部。

可选地，所述第一缓冲电路及所述第二缓冲电路均为先进先出存储器。

可选地，所述高速比较电路是传送边缘触发信号给所述锁存电路，以触发所述锁存电路。

借此，本发明具有侦错功能的电动机命令输出模块及其命令侦错方法可在确认机台位置是否正确的前先确认所给出的电动机脉波命令是否正确，以节省发生机台定位不准时所耗费的排查时间。

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，下面将对实施例描述中需求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是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例具有侦错功能的电动机命令输出模块的方块示意图；

图2为本发明具体实施例具有侦错功能的电动机命令输出模块、计算机、驱动器以及机台的方块示意图；

图3为本发明具体实施例电动机命令侦错方法的流程示意图；

图4为本发明具体实施例错误侦测电路、第一缓冲电路及高速比较电路的方块示意图；

图5为本发明具体实施例锁存电路、第二缓冲电路及错误侦测电路的方块示意图。

【附图标记】

1 电动机命令输出模块

10 中央处理单元

101 运动控制电路

102 错误侦测电路

11 现场可编程逻辑门阵列单元

111 数位差分法脉波产生电路

112 中断控制电路

113 脉波命令解码电路

114 第一缓冲电路

115 第二缓冲电路

116 高速比较电路

117 锁存电路

118 位置命令计数电路

119 时间计数电路

13 基板

131 电连接部

3 接线板

4 驱动器

41 驱动接口

42 控制回路

43 电动机

5 机台

P0～Pn 预定经过位置资料

P10～P1n 电动机目前位置资料

T0～Tn 系统时间值

S101 步骤a

S102 步骤b

S103 步骤c

S104 步骤d

S105 步骤e

S106 步骤f

S107 步骤g

S108 步骤h

S109 步骤i

S110 步骤j

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与效果，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。值得一提的是，以下实施例所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用以说明，而非对本发明加以限制。此外，在下列的实施例中，相同或相似的组件将采用相同或相似的标号。

以下将配合附图，更进一步地说明本发明实施例具有侦错功能的电动机命令输出模块及其命令侦错方法。

请参考图1及图2，本发明的第一方面是提供一种具有侦错功能的电动机命令输出模块1，配置于计算机(图中未示)中，所述电动机命令输出模块1包括中央处理单元10以及现场可编程逻辑门阵列单元(FPGA)11。所述中央处理单元10可为数字信号处理器，其包括运动控制电路101以及电连接于所述运动控制电路101的错误侦测电路102，所述运动控制电路101配置为根据所述计算机提供的运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令。所述电动机位置命令中的电动机位置是指电动机转子的转动位置，而电动机速度命令中的电动机速度是指电动机转子的转速。所述现场可编程逻辑门阵列单元11是电连接于所述中央处理单元10且包括数位差分法脉波产生电路111、脉波命令解码电路113、第一缓冲电路114、第二缓冲电路115、高速比较电路116、锁存电路117、位置命令计数电路118以及时间计数电路119。

如图1及图2所示，所述数位差分法脉波产生电路111配置为依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令，通过数位差分演算法产生电动机脉波命令。所述运动控制电路101还配置为将所述电动机位置命令及所述电动机速度命令转化为对应所述电动机脉波命令的每一差分周期的脉波数给所述错误侦测电路102。所述错误侦测电路102配置为依据所述脉波数计算出多个预定经过位置资料，并将所述预定经过位置资料依序设定到所述第一缓冲电路114中。所述脉波命令解码电路113配置为解码所述电动机脉波命令，所述位置命令计数电路118配置为依据所述解码后的电动机脉波命令产生多个电动机目前位置资料。所述高速比较电路116配置为依序比较所述预定经过位置资料与所述电动机目前位置资料，当所述电动机目前位置资料达到所述预定经过位置时，触发所述锁存电路117。所述时间计数电路119配置为持续更新系统时间值。所述锁存电路117被触发后配置为依序将达到所述预定经过位置的所述电动机目前位置资料以及所述时间计数电路119的系统时间值写入所述第二缓冲电路115中。所述错误侦测电路102还配置为依序读取所述第二缓冲电路115中的所述电动机目前位置资料以及所对应的系统时间值并加以计算，从而判断所述数位差分法脉波产生电路111所产生的电动机脉波命令是否正确。

如图1至图3所示，本发明的第二方面是提供一种电动机命令侦错方法，应用于上述电动机命令输出模块1，包括下列步骤：

步骤S101：提供运动命令给所述运动控制电路101，所述运动控制电路101根据所述运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令；

步骤S102：所述数位差分法脉波产生电路111依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令，通过数位差分演算法产生电动机脉波命令；

步骤S103：所述运动控制电路101将所述电动机位置命令及所述电动机速度命令转化为对应所述电动机脉波命令的每一差分周期的脉波数给所述错误侦测电路102；

步骤S104：所述错误侦测电路102依据所述脉波数计算出多个预定经过位置资料，并将所述预定经过位置资料依序设定到所述第一缓冲电路114中；

步骤S105：所述脉波命令解码电路113解码所述电动机脉波命令；

步骤S106：所述位置命令计数电路118依据所述解码后的电动机脉波命令产生多个电动机目前位置资料；

步骤S107：所述高速比较电路116依序比较所述预定经过位置资料与所述电动机目前位置资料，当所述电动机目前位置资料达到所述预定经过位置时，触发所述锁存电路117；

步骤S108：所述锁存电路117依序将达到所述预定经过位置的所述电动机目前位置资料以及所述时间计数电路119的系统时间值写入所述第二缓冲电路115中；以及

步骤S109：所述错误侦测电路102依序读取所述第二缓冲电路中的所述电动机目前位置资料以及所对应的系统时间值并加以计算，从而判断所述数位差分法脉波产生电路所产生的电动机脉波命令是否正确。

借此，本发明具有侦错功能的电动机命令输出模块1及电动机命令侦错方法可在确认机台位置是否正确的前先确认所给出的电动机脉波命令是否正确，以缩短发生机台定位不准时所耗费的排查时间。

如图1及图2所示，在实施例中，所述现场可编程逻辑门阵列单元11可还包括中断控制电路112。所述错误侦测电路102配置为在所述数位差分法脉波产生电路111发出不正确的电动机脉波命令时，令所述中断控制电路112发出中断信号给计算机。

如图1至图3所示，在实施例中，本发明的电动机命令侦错方法可还包括步骤：

S110：所述错误侦测电路102在所述数位差分法脉波产生电路111发出不正确的电动机脉波命令时，令所述中断控制电路112发出中断信号。

如图1及图2所示，在实施例中，本发明具有侦错功能的电动机命令输出模块1可还包括基板13，所述中央处理单元10及所述现场可编程逻辑门阵列单元11分别为设置于所述基板13上的集成电路。所述现场可编程逻辑门阵列单元11具有可修改与编辑的特性，所述数位差分法脉波产生电路111、所述中断控制电路112、所述脉波命令解码电路113、所述第一缓冲电路114、所述第二缓冲电路115、所述高速比较电路116、所述锁存电路117、所述位置命令计数电路118以及所述时间计数电路119可为所述现场可编程逻辑门阵列单元11中相连接的多个逻辑块。所述基板13包括电连接部131，以电连接于所述计算机的主机板(图中未示)。所述电连接部131可为PCI总线(PCI BUS)，但并不仅限于此。

如图1及图2所示，在实施例中，所述运动控制电路101可设定数位差分法脉波数以及周期给所述数位差分法脉波产生电路111，以产生所述电动机脉波命令。

如图1及图2所示，在实施例中，所述错误侦测电路102可判断所述电动机脉波命令每一差分周期的脉波数以及脉波频率是否正确，若判断电动机脉波命令有误时，所述运动控制电路101可紧急停止所述数位差分法脉波产生电路111发出电动机脉波命令，同时所述中断控制电路112可通过所述电连接部131通知计算机中的软件。例如，当错误侦测电路102确认一个数位差分周期中的速度资料或位置资料不正确时，可通过写入暂存电路(图中未示)对中断控制电路112下命令，以发出中断信号(interrupt signal)通过电连接部131给计算机所装设的驱动程式。而驱动程式接到中断信号后会自动进入中断服务程序(interrupt service routine,ISR)执行预先指定的程式，例如通知计算机中的上层软件。但本发明并不仅限于此。

如图1及图2所示，在实施例中，所述脉波命令解码电路113可支援多种模式的高速信号解码，借此所述位置命令计数电路118可依解码结果产生电动机目前位置资料，但本发明并不仅限于此。

如图1及图2所示，在实施例中，所述时间计数电路119可具有高分辨率的时间计数功能，以供所述错误侦测电路102计算各差分周期的速度资料，但本发明并不仅限于此。

如图1、图2、图4及图5所示，在实施例中，所述第一缓冲电路114及所述第二缓冲电路115均为先进先出(FIFO)存储器。由于所述错误侦测电路102会将每一差分周期的脉波数转化为多个预定经过位置资料P0、P1……Pn，而这些预定经过位置资料P0、P1……Pn必须依先后顺序排列后才能与电动机目前位置进行比较，因此需先将位置资料写入第一缓冲电路114。同样的，所述错误侦测电路102也必须依序读取所述电动机目前位置资料P10、P11……P1n，才可正确地计算出所述差分周期的速度资料，所以必须先由第二缓冲电路115将电动机目前位置资料P10、P11……P1n做排序。所述高速比较电路116是以表格模式逐一进行所述位置资料与所述电动机目前位置资料间的比较，若电动机目前位置资料P10的数值达到位置资料P0时，则传送边缘触发(edge-triggered)信号给所述锁存电路117，以触发所述锁存电路117。所述锁存电路117收到触发信号后，便通过所述时间计数电路119将电动机目前位置资料P10结合系统时间T0后写入所述第二缓冲电路115。类似地，依序将电动机目前位置资料P11、P12……P1n分别结合系统时间值T1、T2……Tn写入所述第二缓冲电路115。

如图1及图2所示，在实施例中，所述电动机命令输出模块1的数位差分法脉波产生电路111可电连接于接线板3，而接线板3可电连接于驱动装置4。驱动装置4可电连接于机台5。驱动装置4可通过接线板3接收电动机脉波命令以驱动机台5运作。驱动装置4包括驱动接口41、控制回路42以及电动机43。驱动接口41可为电连接于所述接线板3的转接电路板，以将电动机脉波命令转成可供所述控制回路42使用的命令而驱动所述电动机43。脉波命令解码电路113所进行解码的电动机脉波命令可来自于所述接线板3，但并不仅限于此，也可直接来自数位差分法脉波产生电路111。当机台5发生定位不准的问题时，通过本发明具有侦错功能的电动机命令输出模块1及电动机命令侦错方法可先确认电动机脉波命令是否有误，而确认电动机脉波命令有误后，就可检查是否接线板3或驱动装置4的驱动接口41发生故障。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (11)

1.一种具有侦错功能的电动机命令输出模块，其特征在于，包括：

中央处理单元，包括运动控制电路以及电连接于所述运动控制电路的错误侦测电路，所述运动控制电路配置为根据运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令；以及

现场可编程逻辑门阵列单元，其电连接于所述中央处理单元且包括数位差分法脉波产生电路、脉波命令解码电路、第一缓冲电路、第二缓冲电路、高速比较电路、锁存电路、位置命令计数电路以及时间计数电路；

其中，所述数位差分法脉波产生电路配置为依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令，通过数位差分演算法产生电动机脉波命令；

其中，所述运动控制电路还配置为将所述电动机位置命令及所述电动机速度命令转化为对应所述电动机脉波命令的每一差分周期的脉波数给所述错误侦测电路；

其中，所述错误侦测电路配置为依据所述脉波数计算出多个预定经过位置资料，并将所述预定经过位置资料依序设定到所述第一缓冲电路中；

其中，所述脉波命令解码电路配置为解码所述电动机脉波命令，所述位置命令计数电路配置为依据所述解码后的电动机脉波命令产生多个电动机目前位置资料；

其中，所述高速比较电路配置为依序比较所述预定经过位置资料与所述电动机目前位置资料，当所述电动机目前位置资料达到所述预定经过位置时，触发所述锁存电路；

其中，所述时间计数电路配置为持续更新系统时间值；

其中，所述锁存电路被触发后配置为依序将达到所述预定经过位置的所述电动机目前位置资料以及所述时间计数电路的系统时间值写入所述第二缓冲电路中；

其中，所述错误侦测电路更配置为依序读取所述第二缓冲电路中的所述电动机目前位置资料以及所对应的系统时间值并加以计算，从而判断所述数位差分法脉波产生电路所产生的电动机脉波命令是否正确。

2.根据权利要求1所述的具有侦错功能的电动机命令输出模块，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列单元还包括中断控制电路，所述错误侦测电路配置为在所述电动机脉波命令所述数位差分法脉波产生电路发出不正确的电动机脉波命令时，令所述中断控制电路发出中断信号。

3.根据权利要求1所述的具有侦错功能的电动机命令输出模块，其中还包括基板，所述中央处理单元及所述现场可编程逻辑门阵列单元分别为设置于所述基板上的集成电路。

4.根据权利要求3所述的具有侦错功能的电动机命令输出模块，其特征在于，所述基板包括电连接部。

5.根据权利要求1所述的具有侦错功能的电动机命令输出模块，其特征在于，所述第一缓冲电路及所述第二缓冲电路均为先进先出存储器。

6.根据权利要求1所述的具有侦错功能的电动机命令输出模块，其特征在于，所述中央处理单元为数字信号处理器。

7.一种电动机命令侦错方法，应用于电动机命令输出模块，所述电动机命令输出模块包括中央处理单元以及现场可编程逻辑门阵列单元，所述中央处理单元包括运动控制电路以及电连接于所述运动控制电路的错误侦测电路，所述现场可编程逻辑门阵列单元是电连接于所述中央处理单元且包括数位差分法脉波产生电路、中断控制电路、脉波命令解码电路、第一缓冲电路、第二缓冲电路、高速比较电路、锁存电路、位置命令计数电路以及持续更新系统时间值的时间计数电路，其特征在于，所述电动机命令侦错方法包括下列步骤：

a.提供运动命令给所述运动控制电路，所述运动控制电路根据所述运动命令计算出电动机位置命令以及电动机速度命令；

b.所述数位差分法脉波产生电路依据所述电动机位置命令及所述电动机速度命令产生电动机脉波命令；

c.所述运动控制电路并将所述电动机位置命令及所述电动机速度命令转化为对应所述电动机脉波命令的每一差分周期的脉波数给所述错误侦测电路；

d.所述错误侦测电路依据所述脉波数计算出多个预定经过位置资料，并将所述预定经过位置资料依序设定到所述第一缓冲电路中；

e.所述脉波命令解码电路解码所述电动机脉波命令；

f.所述位置命令计数电路依据所述解码后的电动机脉波命令产生多个电动机目前位置资料；

g.所述高速比较电路依序比较所述预定经过位置资料与所述电动机目前位置资料，当所述电动机目前位置资料达到所述预定经过位置时，触发所述锁存电路；

h.所述锁存电路依序将达到所述预定经过位置的所述电动机目前位置资料以及所述时间计数电路的系统时间值写入所述第二缓冲电路中；以及

i.所述错误侦测电路依序读取所述第二缓冲电路中的所述电动机目前位置资料以及所对应的系统时间值并加以计算，从而判断所述数位差分法脉波产生电路所产生的电动机脉波命令是否正确。

8.根据权利要求7所述的电动机命令侦错方法，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列单元还包括中断控制电路，且所述电动机命令侦错方法还包括步骤j：

所述错误侦测电路在所述数位差分法脉波产生电路发出不正确的电动机脉波命令时，令所述中断控制电路发出中断信号。

9.根据权利要求7所述的电动机命令侦错方法，其特征在于，所述第一缓冲电路及所述第二缓冲电路均为先进先出存储器。

10.根据权利要求7所述的电动机命令侦错方法，其特征在于，所述高速比较电路是传送边缘触发信号给所述锁存电路，以触发所述锁存电路。

11.根据权利要求7所述的电动机命令侦错方法，其特征在于，所述电动机命令输出模块还包括基板，所述中央处理单元及所述现场可编程逻辑门阵列单元分别为设置于所述基板上的集成电路。

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