CN102081354A - 一种基于高速现场总线的多轴运动控制插补算法 - Google Patents

Abstract

一种基于高速现场总线的多轴运动控制插补算法。该项发明主要应用于机电一体化的运动控制器，数控***，机器人控制***等领域，尤其需要多轴高速高精的联动控制应用上。该算法的实现是将一段目标位置序列分成粗插补，速度规划，精插补三个过程对位置和速度再次重构，通过高速现场总线的方式和伺服电机驱动器进行通讯，最终实现高速度高精度的位置控制。其特征在于该多轴插补算法包括粗插补，速度规划，精插补和高速工业以太网总线构成。

Description

一种基于高速现场总线的多轴运动控制插补算法

技术领域：

一种基于高速现场总线的多轴运动控制插补算法。该项发明主要应用于机电一体化的运动控制器，数控***，机器人控制***等领域，尤其需要多轴高速高精的联动控制应用上。

背景技术：

目前实现多轴控制的插补方法是运动控制插补器根据目标位置和当前位置的差值，计算出各轴需要移动的距离，换算成脉冲量或电压值连接到伺服驱动器。这种方法的实现有很大的局限性：

1.只考虑到当前位置和目标位置，在由短线段序列构成的一段运动轨迹来看，无法达到实际运动过程中速度平滑的效果；

2.运行速度和精度无法提高；

3.不能实时反馈到伺服器的运行参数，不能将实际运行的相关变量参与到插补计算。

4.实现5轴以上的联动和闭环控制非常困难。

发明内容：

本多轴插补算法是通过高速现场总线将伺服驱动器的运行参数反馈到差补器，差补器对由短线段构成的目标位置序列进行粗插补，速度规划，再精插补。精插补过程中根据反馈到的实际运行参数进行目标再整定。本发明的技术方案为：对于要运行的轨迹先进行粗插补，即一次读入多条小线段，以p(位置)，v(速度)，a(加速度)，t(时间)为参数；结合***目前所处的运动状态如加减速或匀速状态，给出这个小线段一个合适的p，v。然后再进行速度规划即用i标记小线段序列，j标记线段链序列，v_i为第i-1与第i个小线段之间的转角速度，v_j为链接处理后第j-1与第j个线段链之间的转角速度。设第j个线段链长度为s_j，起始速度和结束速度分别为v_j和v_j+1，线段链的最大加速度为a_max，分情况进行计算。最后进行精插补即从总线获得实际位置和速度等运行参数，结合未完成的位置目标序列，以自然曲线形状用高次方程再次描述，进行样条插补。

附图说明：图1为基于高速总线的插补算法流程图；

图2为基于高速总线的插补算法计算效果图；

具体实施方式：

1.对于要运行的轨迹先进行粗插补，即一次读入多条小线段，以p(位置)，v(速度)，a(加速度)，t(时间)为参数；结合***目前所处的运动状态如加减速或匀速状态，给出这个小线段一个合适的p，v(这个过程有三种情况，第一种：P为终点位置。第二种情况：这个小线段太长，那么p就处于中间的某个位置。第三种情况：需要若干个小线段拼接才能得到这个p)；获得这个末端点位置p就是粗插补获取的点，然后这个位置点就被拿去做精插补的末端点。

2.对粗插补的数据进行速度规划，即用i标记小线段序列，j标记线段链序列，v_i为第i-1与第i个小线段之间的转角速度，v_j为链接处理后第j-1与第j个线段链之间的转角速度。设第j个线段链长度为s_j，起始速度和结束速度分别为v_j和v_j+1，线段链的最大加速度为a_max，如果有

下面分两种情况处理。

情况一：若v_j＞v_j+1，则要反向扫描线段链，调整v_j的大小，令

$v_j=\sqrt{v_{j+1}^2+{2a}_{\max }{s}_j}---\left(1\right)$

v_j改变后则要重新判断v_j-1，若

v_j-1＞v_j且

则要调整v_j-1的大小，令

$v_{j-1}=\sqrt{v_j^2+{2a}_{\max }{s}_{j-1}}---\left(2\right)$

若v_j-1＞v_j且

或v_j-1≤v_j，则无须调整v_j-1，反向扫描停止。v_j-2依此类推。

情况二：若v_j＜v_j+1，则在该段实际速度加不到v_j+1，要调整此点的速度v_j+1使得

$v_{j+1}=\sqrt{v_j^2+2a_{\max }{s}_j}---\left(3\right)$

如不调整v_j+1则影响后续段的速度分析。这个算法简单、有效，加工精度高，资源消耗小，效率高。

3.实时通过高速总线获取运行过程中的速度和位置等参数；

4.根据获得的实际位置，速度等运行参数，结合未完成的位置目标序列，以自然曲线形状用高次方程描述，进行样条插补。即拟定自然曲线方程为：

y＝ax^3+bx^2+cx+d

A、用沿切线方向的直线插补来实现曲线插补。

B、每次向x轴进给一步，修改一下切线的方向(即重新计算四个参数)，以逼近直线。

Claims (5)

1.一种基于高速现场总线的多轴运动控制插补算法。该算法的实现是将一段目标位置序列分成粗插补，速度规划，精插补三个过程对位置和速度再次重构，通过高速现场总线的方式和伺服电机驱动器进行通讯，最终实现高速度高精度的位置控制。其特征在于该多轴插补算法包括粗插补，速度规划，精插补和高速工业以太网总线构成。

2.权利要求1中粗插补是指一次读入多条小线段，以p(位置)，v(速度)，a(加速度)，t(时间)为参数；结合***目前所处的运动状态如加减速或匀速状态，给出这个小线段一个合适的p，v。

3.权利要求1中的速度规划是指用i标记小线段序列，j标记线段链序列，v_i为第i-1与第i个小线段之间的转角速度，v_j为链接处理后第j-1与第j个线段链之间的转角速度。设第j个线段链长度为s_j，起始速度和结束速度分别为v_j和v_j+1，线段链的最大加速度为a_max，根据

的值，分情况进行处理。

4.权利要求1中的精插补是将从总线获得实际位置和速度等运行参数，结合未完成的位置目标序列，以自然曲线形状用高次方程再次描述，进行样条插补。

5.权利要求1中的高速现场总线是基于工业以太网协议的实时总线如EtherCAT，PowerLink等。

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