CN109687772A - 一种多轴同步控制方法及*** - Google Patents

一种多轴同步控制方法及*** Download PDF

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杨合跃
杜佳成
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Abstract

本发明涉及一种多轴同步控制方法及***，该方法包括如下步骤：建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转；获取多个轴的实际均值速度；确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器；根据所述目标扭矩，多个所述驱动器分别通过电机控制多个所述轴同步运转。本发明的技术方案能够使多个轴无滞后、无延时的同步运转，同步精度高，误差小，并且不需改***件设备，节省了相应成本。

Description

一种多轴同步控制方法及***
技术领域
本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种多轴同步控制方法及***。
背景技术
多轴同步控制***中，每个轴均由一个独立的电机带动，为了使多个轴同步运转，目前常采用主从式同步的方法进行多轴同步控制，主从式同步方法是先根据上位机下发的目标速度控制主轴运转，再根据主轴输出的电流信号来控制从轴运转，但是这种方式从轴和主轴之间存在通讯延时，高速运转时，从轴可能无法完全跟随主轴，导致控制精度降低。虽然可以通过提高硬件性能来降低通讯延时，但是会极大的增加相应成本，不利于大范围推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多轴同步控制方法及***。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种多轴同步控制方法，该方法包括如下步骤：
建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转。
获取多个轴的实际均值速度。
确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器。
根据所述目标扭矩，多个所述驱动器分别通过电机控制多个所述轴同步运转。
第二方面，本发明提供了一种多轴同步控制***，包括上位机、多个驱动器和多个电机，所述上位机分别与多个所述驱动器电连接，每个所述驱动器与一个所述电机电连接，每个所述电机与一个轴连接。
所述上位机，用于建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转，获取多个轴的实际均值速度，确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器。
多个所述驱动器，用于根据所述目标扭矩分别通过所述电机控制多个所述轴同步运转。
本发明的多轴同步控制方法及***的有益效果是：可通过上位机建立虚拟主轴，虚拟主轴根据预设的运动曲线运转，运动曲线可以是位置曲线和速度曲线等，可根据需要进行设定，可通过上位机获取多个轴的实际均值速度，确定当前虚拟主轴的运转速度与实际均值速度之间的差值，根据该差值确定的目标转矩同时控制多个轴同步运转。通过同时下发目标转矩至多个驱动器，数据传输过程中没有延时，能够使多个轴无滞后、无延时的同步运转，同步精度高，误差小，并且不需改***件设备，节省了相应成本。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多轴同步控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的一种多轴同步控制***的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种多轴线切割机的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
10、线状锯，11、主轴，20、第一排线机构，21、第一卷绕轴、22、第一排线单元，23、第一张力缓冲单元，30、第二排线机构，31、第二卷绕轴，32、第二排线单元，33、第二张力缓冲单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种多轴同步控制方法，该方法包括如下步骤：
110，建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转。
120，获取多个轴的实际均值速度。
130，确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器。
140，根据所述目标扭矩，多个所述驱动器分别通过电机控制多个所述轴同步运转。
本实施例中，可通过上位机建立虚拟主轴，虚拟主轴根据预设的运动曲线运转，运动曲线可以是位置曲线和速度曲线等，可根据需要进行设定，可通过上位机获取多个轴的实际均值速度，确定当前虚拟主轴的运转速度与实际均值速度之间的差值，根据该差值确定的目标转矩同时控制多个轴同步运转。通过同时下发目标转矩至多个驱动器，数据传输过程中没有延时，能够使多个轴无滞后、无延时的同步运转，同步精度高，误差小，并且不需改***件设备，节省了相应成本。
具体地，可通过上位机建立虚拟主轴，并确定目标转矩，上位机可采用运动控制器，上位机可通过EtherCAT总线与多个驱动器电连接。
优选地，所述获取多个轴的实际均值速度的具体实现为：
分别获取多个所述轴的实际运转速度，确定多个所述实际运转速度的平均值，所述平均值为所述实际均值速度。
具体地，由于轴是由电机带动的，轴的速度与电机的运转速度相同，驱动器可通过编码器读取电机的运转速度，该速度即为轴的实际运转速度，上位机可通过EtherCAT总线的PDO通道从驱动器读取实际运转速度，确定多个轴的实际运转速度的平均值，该平均值就是实际均值速度。
优选地，所述根据所述差值确定目标扭矩的具体实现为：
基于PID算法，根据所述差值确定目标扭矩，所述PID算法的公式为：
PID_out＝P_VAL+I_VAL+D_VAL，
其中，PID_out为所述目标扭矩，P_VAL为所述差值的比例，所述I_VAL为所述差值的积分，所述D_VAL为所述差值的微分。
具体地，采用虚拟主轴功能块中的PID调节器计算目标扭矩，设差值为e(t)，则差值的比例P_VAL＝Kpe(t),其中Kp为比例增益。
其中Ki为积分增益。
其中Kd为微分增益。
比例增益Kp，积分增益Ki和微分增益Kd可根据需要进行设定。PID算法原理简单，易于实现，适用面广，并且控制参数相互独立，参数的选定比较简单。
优选地，所述将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器的具体实现为：
通过EtherCAT总线的PDO通道将所述目标扭矩发送给多个所述驱动器。
具体地，也可通过CANopen和profinet通讯方式下发目标扭矩，EtherCAT总线具有分布式时钟(DC)的精准同步功能，能够降低目标扭矩下发过程中的延时。由于读取轴的实际运转速度在一个总线周期内完成，PID调节在一个总线周期内完成，并且上位机下发目标扭矩至多个驱动器在同一个总线周期内完成，因此整个控制过程从读取多个轴的实时速度到PID调节再到下发目标扭矩总共耗时3个总线周期，整个过程同步滞后，也就相当于没有延时，因此可以控制多个轴同步运转。
优选地，每个所述电机与一个所述轴连接，多个所述驱动器分别通过电机控制多个所述轴同步运转的具体实现为：
多个所述驱动器同时驱动分别与多个所述驱动器对应的多个所述电机，控制分别与多个所述电机对应的多个所述轴同步运转，其中，每个所述驱动器通过调节电流环使对应的所述电机输出所述目标扭矩，控制与所述电机对应的所述轴运转。
具体地，驱动器调节电流环就是进行对电流信号进行整流逆变，将目标扭矩的电流信号通过动力线下发至对应的电机，电机根据该电流信号输出目标转矩，控制对应的轴转动。
本发明实施例提供的一种多轴同步控制***，包括上位机、多个驱动器和多个电机，所述上位机分别与多个所述驱动器电连接，每个所述驱动器与一个所述电机电连接，每个所述电机与一个轴连接。
所述上位机，用于建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转，获取多个轴的实际均值速度，确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器。
多个所述驱动器，用于根据所述目标扭矩分别通过所述电机控制多个所述轴同步运转。
优选地，所述上位机具体用于：
分别获取多个所述轴的实际运转速度，确定多个所述实际运转速度的平均值，所述平均值为所述实际均值速度。
优选地，所述上位机具体用于：
基于PID算法，根据所述差值确定目标扭矩，所述PID算法的公式为：
PID_out＝P_VAL+I_VAL+D_VAL，
其中，PID_out为所述目标扭矩，P_VAL为所述差值的比例，所述I_VAL为所述差值的积分，所述D_VAL为所述差值的微分。
优选地，所述上位机具体用于：
通过EtherCAT总线的PDO通道将所述目标扭矩发送给多个所述驱动器。
优选地，所述驱动器具体用于：
通过调节电流环使与所述驱动器对应的所述电机输出所述目标扭矩，控制与所述电机对应的所述轴运转。
下面以多轴线切割机为示例，对本发明的多轴同步控制方法及***做进一步的说明。
多轴线切割机包括线状锯10、第一排线机构20和第二排线机构30，线状锯10包括多个主轴11，第一排线机构20包括第一卷绕轴21、第一排线单元22和第一张力缓冲单元23，第二排线机构30包括第二卷绕轴31、第二排线单元32和第二张力缓冲单元33。其中，第一卷绕轴21和第二卷绕轴31用于收放切割线，第一排线单元22和第二排线单元32用于调整切割线的角度，第一张力缓冲单元23和第二张力缓冲单元33用于为切割线提供张力。一条切割线从第一卷绕轴21引出，依次经过第一排线单元22和第一张力缓冲单元23，再通过一个被动导轮后被送入线状锯10中，切割线平行缠绕在多个主轴11上，在多个主轴11间形成线网，再从线状锯10引出，经过另一个被动导轮后，在依次经过第二张力缓冲单元33和第二排线单元32，回到第二卷绕轴31。
多轴线切割机工作时，上位机通过虚拟主轴发送目标转矩至多个驱动器，驱动器根据该目标转矩驱动电机，电机带动多个主轴11和两个卷绕轴同步运转。首先，当虚拟主轴正转时，电机正转带动多个主轴11正转，第一卷绕轴21送出切割线，第二卷绕轴31回收切割线；当虚拟主轴反转时，电机反转带动多个主轴11反转，第二卷绕轴31送出切割线，第一卷绕轴21回收切割线。通过虚拟主轴的正反转控制多个轴同步正反转，控制切割线做往复运动，实现对目标物体的切割。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴同步控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转；
获取多个轴的实际均值速度；
确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器；
根据所述目标扭矩，多个所述驱动器分别通过电机控制多个所述轴同步运转。
2.根据权利要求1所述的多轴同步控制方法，其特征在于，所述获取多个轴的实际均值速度的具体实现为：
分别获取多个所述轴的实际运转速度，确定多个所述实际运转速度的平均值，所述平均值为所述实际均值速度。
3.根据权利要求1所述的多轴同步控制方法，其特征在于，所述根据所述差值确定目标扭矩的具体实现为：
基于PID算法，根据所述差值确定目标扭矩，所述PID算法的公式为：
PID_out＝P_VAL+I_VAL+D_VAL，
其中，PID_out为所述目标扭矩，P_VAL为所述差值的比例，所述I_VAL为所述差值的积分，所述D_VAL为所述差值的微分。
4.根据权利要求3所述的多轴同步控制方法，其特征在于，所述将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器的具体实现为：
通过EtherCAT总线的PDO通道将所述目标扭矩发送给多个所述驱动器。
5.根据权利要求1至4任一项所述的多轴同步控制方法，其特征在于，多个所述驱动器分别通过电机控制多个所述轴同步运转的具体实现为：
多个所述驱动器同时驱动分别与多个所述驱动器对应的多个所述电机，控制分别与多个所述电机对应的多个所述轴同步运转，其中，每个所述驱动器通过调节电流环使对应的所述电机输出所述目标扭矩，控制与所述电机对应的所述轴运转。
6.一种多轴同步控制***，其特征在于，包括上位机、多个驱动器和多个电机，所述上位机分别与多个所述驱动器电连接，每个所述驱动器与一个所述电机电连接，每个所述电机与一个轴连接；
所述上位机，用于建立虚拟主轴，所述虚拟主轴根据预设的运动曲线运转，获取多个轴的实际均值速度，确定所述虚拟主轴的运转速度与所述实际均值速度之间的差值，根据所述差值确定目标扭矩，将所述目标扭矩同时发送给分别与多个所述轴对应的多个驱动器；
多个所述驱动器，用于根据所述目标扭矩分别通过所述电机控制多个所述轴同步运转。
7.根据权利要求6所述的多轴同步控制***，其特征在于，所述上位机具体用于：
分别获取多个所述轴的实际运转速度，确定多个所述实际运转速度的平均值，所述平均值为所述实际均值速度。
8.根据权利要求6所述的多轴同步控制***，其特征在于，所述上位机具体用于：
基于PID算法，根据所述差值确定目标扭矩，所述PID算法的公式为：
PID_out＝P_VAL+I_VAL+D_VAL，
其中，PID_out为所述目标扭矩，P_VAL为所述差值的比例，所述I_VAL为所述差值的积分，所述D_VAL为所述差值的微分。
9.根据权利要求8所述的多轴同步控制***，其特征在于，所述上位机具体用于：
通过EtherCAT总线的PDO通道将所述目标扭矩发送给多个所述驱动器。
10.根据权利要求6至9任一项所述的多轴同步控制***，其特征在于，所述驱动器具体用于：
通过调节电流环使与所述驱动器对应的所述电机输出所述目标扭矩，控制与所述电机对应的所述轴运转。
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