CN1690903A - S型平滑命令产生方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种S型平滑命令产生方法及其装置，其中速度S型平滑命令产生方法是依据一时间设定计算加速或减速的基本累积量，记录使用加速基本累积量或减速基本累积量，并根据该基本累积量以检查一速度命令是否达到一速度命令的参考点，然后该速度命令到达该速度命令参考点后，根据一速度命令的状态进行一加速度的运算，以及根据该速度命令的速度差与该加速度产生一速度S型平滑命令。提供运动命令的平滑化处理，以产生连续的速度与位置命令，根据本发明的S型平滑命令产生装置及其方法不仅可以改善马达加减速的特性，在机械结构的运转上也更加平顺。此外在位置控制模式上，可以改善伺服系统的位置追踪特性、缩小系统的稳态误差。

Description

S型平滑命令产生方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种S型平滑命令产生方法，尤其指一种应用于伺服模块，例如包括有伺服驱动器与马达的S型平滑命令的产生方法及其装置。

背景技术

伺服马达，或伺服模块，在运动控制的过程，因为输入命令的急遽变化，而产生过大的急跳度(加速度的微分)，进而激发机械结构的振动与噪音，此一现象是因为伺服模块产生过大瞬时电流所造成的。振动不仅会影响工件的加工精度，长时间在此环境操作时，亦会缩减伺服模块的使用寿命。

S型平滑命令规划，主要是希望马达在运转过程中，对于运动命令能够提供平滑化的处理，以满足运转时的物理特性。实际上，因应不同的领域与使用上的限制，而发展出不同的控制架构，如运动控制器，利用高速的运算能力与高分辨率的浮点运算器，建构出复杂且完整的命令处理单元。

目前速度平滑命令产生有几种方法，第一种为将加速度梯形曲线经过低通滤波器的处理，产生近似S型的平滑命令；另一种是将加速度梯形曲线经过平均滤波适当整形，产生近似S型的平滑命令。此外，还有一种提供S型曲线比率，依据使用需求选择适当输出等级，但使用上较不弹性。

产生S型平滑命令遭遇了一些技术必须要克服的瓶颈。例如在模拟速度模式下，当输入电压命令相同时，马达的转速应该是维持固定的，但实际上转速却是会随着加减速时间的调整而改变。

发明内容

鉴于先前技术所无法解决的技术问题及所存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种S型平滑命令产生方法及其装置，借以解决先前技术所存在的问题及缺陷。

因此，为达到上述目的，本发明所揭示的速度S型平滑命令方法，是依据时间设定计算加速或减速的基本累积量并记录使用该加速基本累积量或减速基本累积量，再检查速度命令是否达到速度命令的参考点，以根据速度命令的状态进行加速度的运算，最后根据速度差与加速度产生一速度S型平滑命令的步骤。

为达到上述目的，本发明所揭示的位置S型平滑命令方法，是先定义时间设定与位置命令参考点，再依据时间设定计算加速或减速的基本累积量，以进行加速度的运算；再以所运算加速度进行速度运算，最后根据速度以产生位置S型平滑命令。此外，还包括有一对位置S型平滑命令进行状态处理的步骤，包括有参考一最大移动速度，计算一速度命令参考点；当位置到达第一位置命令参考点时，根据目标值与第一位置命令参考点的差值，计算第二位置命令参考点；以及当位置到达该第二位置命令参考点时，记录加速度处理状态。

为达到上述目的，本发明所揭示的速度S型平滑命令产生装置，包括有一依据一时间设定计算加速或减速的基本累积量的装置；一记录使用该加速基本累积量或减速基本累积量的装置；一根据该基本累积量以检查一速度命令是否达到一速度命令的参考点的装置；一该速度命令到达该速度命令参考点后，根据一速度命令的状态进行一加速度的运算的装置；以及一根据该速度命令的速度差与该加速度产生一速度S型平滑命令的装置。

为达到上述目的，本发明所揭示的位置S型平滑命令产生装置，包括有一定义多个位置命令参考点的装置；一依据该时间设定计算一加速/减速的基本累积量的装置；一根据该加速/减速的基本累积量进行一加速度的运算的装置；一根据所运算的该加速度进行一速度运算的装置；以及一根据该速度以产生位置S型平滑命令的装置。此外，包括有一状态处理的装置，包括有一参考一最大移动速度，计算一速度命令参考点的装置；一当位置到达第一位置命令参考点时，根据目标值与第一位置命令参考点的差值，计算第二位置命令参考点的装置；以及一当位置到达该第二位置命令参考点时，记录加速度处理状态的装置。还包括有一对位置S型平滑命令进行状态处理的装置。

根据本发明的原理，本发明所揭示的S型平滑命令产生方法，用以提供运动命令的平滑化处理。根据本发明的原理，本发明具有以下的优点。本发明可产生连续的速度与加速度，而且加速度的急跳度也比较小，这样不仅可以改善马达加减速的特性，在机械结构的运转上也更加平顺。另外，本发明在位置控制模式上，可以改善伺服系统的位置追踪特性、缩小系统的稳态误差，加工精度也相对提高。

本发明可提供真实无简化的模拟速度S型平滑命令产生装置、缓存器速度S型平滑命令产生装置或缓存器位置S型平滑命令产生装置，可适用于低运算量且低位的定点数运算器。

本发明的详细特征及优点将在实施方式中详细叙述，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术并据以实施。

有关本发明的特征与实作，兹配合附图作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本发明所揭示的速度S型平滑命令产生方法的主流程图；

图2为本发明所揭示的位置与速度S型平滑命令产生方法的命令产生装置架构；

图3为本发明所揭示的速度S型平滑命令产生方法的实际的操作结果；

图4为稳态时速度命令的仿真图；以及

图5为本发明所揭示的位置S型平滑命令产生方法的主流程图。

具体实施方式

根据本发明的原理，S型平滑命令产生方法主要是采用对称架构，利用速度或位置参考点，决定所要进入的区域是否到达，使速度与加速度曲线沿中心对称，速度与加速度在任何状态才会是连续的。

根据此原则，本发明据以揭示速度S型平滑命令产生方法以及位置S型平滑命令产生方法。以下将分别说明如何产生速度S型平滑命令与位置S型平滑命令。

请参考图1为本发明所揭示的速度S型平滑命令产生方法的主流程图。

为了说明命令产生装置的架构，定义时间设定与命令参考点，如图2所示。其中，圆形虚线部分表示速度S型平滑命令产生方法的架构，亦即速度命令是依据加速度而产生。图中所示的TACC为加速时间常数，TDEC为减速时间常数，TSL为平滑时间常数，S1为第一速度命令参考点；P1、P2为第一、第二位置命令参考点。

根据图1的流程图，速度S型平滑命令的产生步骤首先接着进行命令前置处理，依据时间设定计算加速与减速的基本累积量(步骤101)。处理完毕后，接着记录使用该加速或减速基本累积量的状态(步骤102)。检查速度命令是否到达速度命令参考点(步骤103)，接着进行加速度运算(步骤104)，据以产生速度S型平滑命令(步骤105)，最后，依据速度状态记录追踪命令的极限值，并限制平滑曲线命令(步骤106)。

在步骤101与步骤102中，速度S型平滑命令产生原则，其加减速依据马达速度状态决定，并于加速时使用加速基本累积量，减速时使用减速基本累积量。加速度的基本累积量为(额定速度/TACC)/TSL，减速度的基本累积量为(额定速度/TDEC)/TSL。当加速度为正号或负号时，所参考的基本累积量只有一种，否则将造成S型平滑曲线无法收敛。

检查速度命令是否到达速度命令参考点(步骤103)，例如图2中的第一参考点S1。其检查方式是借助计算速度是否大于一预定值，此预定值为一目标值与一相对值的差值，其中相对值为加速度与计数值乘积的一半，计数值在SECT1区域(加速度递增区)为递增，在SECT3区域为递减(加速度递减区)，在SECT2区域(加速度固定区)为固定(加速度递减区)。计数值的范围为-TSL～TSL。

接着进行加速度运算(步骤104)。当速度状态为加速时，使用加速基本累积量运算。当速度状态为减速时，使用减速基本累积量运算。加速度在SECT1区域为递增，在SECT3区域为递减。而所在区域的判断是根据计数值的大小做决定。当计数值大于TSL，表示处理程序进入SECT2区域；当速度命令到达命令参考点S1，则处理程序进入SECT3区域。

根据上述原则，在步骤104进行完加速度运算而得到加速度后，即据以产生速度S型平滑命令(步骤105)。当所取得的速度差比加速度还小，且加速度小于加速基本累积量或减速基本累积量时，S型平滑命令即为速度输入的命令。而当所取得的速度差仍大于加速度时，则速度S型平滑命令为前一次速度命令与加速度的和。

最后，依据速度状态记录追踪命令的极限值，并限制平滑曲线命令(步骤106)，以将速度命令限制在一定的范围中。

关于速度S型平滑命令产生方法，实际的操作结果请参考图3，表示模拟速度S型平滑曲线在动态过程实际响应的情况。模拟速度命令为电压输入信号，马达转速为经过速度S型平滑命令输入后，马达响应的速度。

图4为稳态时速度命令的仿真图。当输入电压含有噪声信号时，所产生的速度S型平滑命令会有摆荡的现象，噪声信号越大则速度命令摆荡的振幅也跟着变大，可依实际电源的质量，在平滑命令产生装置前端加入滤波器；稳态速度会随加速时间常数与减速时间常数的调整而改变，可调整平滑时间常数来改善。

接着，根据本发明所揭示的原理说明产生位置S型平滑命令的产生过程。

请参考图5为本发明所揭示的位置S型平滑命令产生方法的主流程图。

在位置S型平滑命令产生过程中，加减速依据马达位置状态决定。当马达的位置往正方向移动时为加速，往反方向移动时为减速，亦即在图2中的在BLOCK1区域与BLOCK3区域均使用加速基本累积量。位置往反方向移动时为减速，在BLOCK1区域与BLOCK3区域均使用减速基本累积量。

BLOCK1区域与BLOCK3区域的加速度与速度的产生方式，与速度S型平滑曲线命令产生方式相同。

首先，定义位置命令参考点(步骤201)。以位置往正方向移动为例，接着依据时间设定计算加速与减速的基本累积量(步骤202)。接着进行加速度运算(步骤203)。当位置在BLOCK1区域或BLOCK3区域时，依据加速度的状态决定处理程序在SECT1区域、SECT2区域、还是SECT3区域。

当加速时使用加速基本累积量运算，而减速时使用减速基本累积量运算。若为在BLOCK3区域，则加速度在SECT1区域为递减，在SECT3区域为递增。

接着根据所运算的加速度进行速度运算(步骤204)，速度为前一次速度与加速度的和。最后，根据速度产生位置S型平滑命令(步骤205)，为前一次S型平滑命令与速度数值的和。

产生位置S型平滑命令后继续进行状态处理(步骤206)，参考最大移动速度PMV，计算速度命令参考点S1。当位置到达位置命令参考点P1时，计算位置命令参考点P2，为目标值与位置命令参考点P1的差值。当位置到达位置命令参考点P2，则处理程序进入BLOCK3区域。记录加速度处理状态，是在SECT1区域到SECT3区域中的哪一区。

根据本发明的原理，本发明所揭示的S型平滑命令产生方法及装置是采用对称架构与参考点处理方式，以建构三种类型S型平滑命令产生方法及装置。并利用后加减速架构，将缓存器位置S型平滑命令产生方法及装置建构于伺服驱动器内，因此模拟与缓存器速度S型平滑命令产生方法及装置的速度与加速度是连续的，而位置S型平滑命令产生方法及装置的速度与加速度是也连续的。

此外，S型平滑命令完成时间满足设定，不会发生运动命令延迟到达的情况。在模拟速度模式下，改善T型命令产生装置特性。通过平滑时间常数的调整，不因设定加速时间常数或减速时间常数，马达稳态的速度有过大的改变。

应用本发明是在伺服驱动器内，提供完整与无简化的命令处理单元，所提供的功能包括缓存器速度S型平滑命令产生装置、模拟速度S型平滑命令产生装置与缓存器位置S型平滑命令产生装置。多样的命令处理模式，即使没有上位控制器的支持，伺服驱动器亦可提供完整的解决方案。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (17)

1、一种速度S型平滑命令产生方法，其特征在于包括有：

依据一时间设定计算加速或减速的基本累积量；

记录使用加速基本累积量或减速基本累积量；

根据该基本累积量以检查一速度命令是否达到一速度命令的参考点；

该速度命令到达该速度命令参考点后，根据一速度命令的状态进行一加速度的运算；以及

根据该速度命令的速度差与该加速度产生一速度S型平滑命令。

2、如权利要求1所述的速度S型平滑命令产生方法，其特征在于该检查一速度命令是否达到一速度命令的参考点的步骤包括有一借助计算速度是否大于一预定值的步骤，其中该预定值为一目标值与一相对值的差值，该相对值为加速度与一计数值乘积的一半。

3、如权利要求1所述的速度S型平滑命令产生方法，其特征在于该进行加速度运算的步骤中，当该速度状态为加速时，使用该加速基本累积量运算，当速度状态为减速时，使用该减速基本累积量运算。

4、如权利要求1所述的速度S型平滑命令产生方法，其特征在于该产生一速度S型平滑命令的步骤中，当该速度差小于该加速度，且该加速度小于该加速基本累积量/该减速基本累积量时，该S型平滑命令即为输入的该速度命令，当该速度差仍大于该加速度时，该速度S型平滑命令为前一次速度命令与该加速度之和。

5、如权利要求1所述的速度S型平滑命令产生方法，其特征在于还包括一根据速度命令的状态记录追踪该命令的极限值的步骤。

6、一种速度S型平滑命令产生装置，其特征在于包括有：

一依据一时间设定计算加速或减速的基本累积量的装置；

一记录使用加速基本累积量或减速基本累积量的装置；

一根据该基本累积量以检查一速度命令是否达到一速度命令的参考点的装置；

一该速度命令到达该速度命令参考点后，根据一速度命令的状态进行一加速度的运算的装置；以及

一根据该速度命令的速度差与该加速度产生一速度S型平滑命令的装置。

7、如权利要求6所述的速度S型平滑命令产生装置，其特征在于还包括一根据速度命令的状态记录追踪该命令的极限值的装置。

8、一种位置S型平滑命令产生方法，其特征在于包括有：

定义多个位置命令参考点；

计算一加速/减速的基本累积量；

根据加速/减速的基本累积量进行一加速度的运算；

根据所运算的该加速度进行一速度运算；

根据该速度以产生位置S型平滑命令；以及

根据该位置S型平滑命令以及该位置命令参考点进行状态处理。

9、如权利要求8所述的位置S型平滑命令产生方法，其特征在于该根据加速/减速的基本累积量进行一加速度的运算的步骤中，当加速时使用该加速基本累积量运算，减速时使用该减速基本累积量运算。

10、如权利要求8所述的位置S型平滑命令产生方法，其特征在于该根据所运算的该加速度进行一速度运算的步骤中，该速度为前一次速度与该加速度的和。

11、如权利要求8所述的位置S型平滑命令产生方法，其特征在于该根据该速度以产生位置S型平滑命令的步骤中，该位置S型平滑命令为前一次位置命令与速度的和。

12、如权利要求8所述的位置S型平滑命令产生方法，其特征在于该状态处理的步骤还包括有：

参考一最大移动速度，计算一速度命令参考点；

当位置到达第一位置命令参考点时，根据目标值与第一位置命令参考点的差值，计算第二位置命令参考点；以及

当位置到达该第二位置命令参考点时，记录加速度处理状态。

13、一种位置S型平滑命令产生装置，其特征在于包括有：

一定义一多个位置命令参考点的装置；

一依据该时间设定计算一加速/减速的基本累积量的装置；

一根据加速/减速的基本累积量进行一加速度的运算的装置；

一根据所运算的该加速度进行一速度运算的装置；

一根据该速度以产生位置S型平滑命令的装置；以及

一根据该位置S型平滑命令以及该位置命令参考点进行状态处理的装置。

14、如权利要求13所述的位置S型平滑命令产生装置，其特征在于该根据加速/减速的基本累积量进行一加速度之运算之装置中，当加速时使用该加速基本累积量运算，减速时使用该减速基本累积量运算。

15、如权利要求13所述的位置S型平滑命令产生装置，其特征在于该根据所运算的该加速度进行一速度运算的装置中，该速度为前一次速度与该加速度的和。

16、如权利要求13所述的位置S型平滑命令产生装置，其特征在于该根据所运算的该加速度进行一速度运算的装置，该位置S型平滑命令为前一次位置命令与速度的和。

17、如权利要求13所述的位置S型平滑命令产生装置，其特征在于该状态处理的装置还包括有：

一参考一最大移动速度，计算一速度命令参考点的装置；

一当位置到达第一位置命令参考点时，根据目标值与第一位置命令参考点的差值，计算第二位置命令参考点的装置；以及

一当位置到达该第二位置命令参考点时，记录加速度处理状态的装置。

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