CN116909212A - 一种平面步进双轴***插补方法、***、控制装置和控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种平面步进双轴***插补方法、***、控制装置和控制方法，涉及工控领域。解决了现有平面步进双轴***在高速启停时冲击力过大算法欠佳，而且多为分段式运动，并不满足矢量合成的工作需求的问题。所述方法包括：在X‑Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。本发明实现了平稳的直线插补运动。
Description
技术领域
本发明涉及工控领域，尤其涉及一种平面步进双轴***插补方法。
背景技术
在实际的工控领域中，平面步进双轴是最常见的开环测控***，例如自动化绘图，点阵测控，半导体批量测试等等。平面双轴***在执行中，不仅要保证两轴各自按照 T 型加减速运动，而且还要对两轴运动进行矢量合成，进而实现轨迹的直线性，即两点之间运动成直线趋势，而不是分段式轨迹。
现代工业数控控制领域中，单轴运动最常用到的一种位置速度控制方式就是“T型加减速算法”，而 T 型加减速算法多适配于独立的各轴，不存在耦合。但是实际工作中，经常需要使用双轴联合运动，构成空间的矢量合成，特别是双轴机器人平面领域。矢量合成主要分为直线和圆弧插补，本质上都是每个轴的速度合成，本次暂不讨论圆弧补插。常见的平面步进双轴***在高速启停时冲击力过大算法欠佳，而且多为分段式运动，并不满足矢量合成的工作需求，故此需要寻找一种既能让两轴矢量合成，又可以满足双轴保持 T 型算法的运动方式。
发明内容
本发明针对现有平面步进双轴***在高速启停时冲击力过大算法欠佳，而且多为分段式运动，并不满足矢量合成的工作需求的问题，提出了一种平面步进双轴***插补方法，所述方案具体为：
一种平面步进双轴***插补方法，所述方法包括：
在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；
根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；
根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；
根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；
根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
进一步的，还提供一种优选方式，所述根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹，包括：
根据A轴和B轴步进电机平面矢量运动图分别将所述A轴和B轴步进电机的速度矢量进行分解，获得A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数；
将所述A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数进行T型加减速处理，获取A轴步进电机与B轴步进电机加速或者减速的阶段的实时速度关系；
根据所述实时速度关系使得A轴和B轴步进电机按照设定的速度进行同步运动，获得A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度；
将所述A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度进行矢量合成，获得矢量合成轨迹。
进一步的，还提供一种优选方式，所述将所述A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数进行T型加减速处理，获取A轴步进电机与B轴步进电机加速或者减速的阶段的实时速度关系，包括：
,
其中，为A 轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A轴的加速度，/>为B轴的加速度，/>为运动时间，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
进一步的，还提供一种优选方式，所述获得A轴步进电机的速度为：
，
其中，为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
进一步的，还提供一种优选方式，所述根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数，包括：
，
，
，
其中，为比例系数，/>为A轴、B 轴的加减速总时间，/>为A轴瞬时的速度步进值，/>为B轴瞬时的速度步进值，/>为上升阶段和下降阶段所需的脉冲数，其中，/>为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
基于同一发明构思，本发明还提供一种平面步进双轴***插补***，所述***包括：
矢量图获取单元，用于在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；
矢量合成轨迹获取单元，用于根据所述A轴和B轴步进电机平面运动矢量图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；
速度求解单元，用于根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；
比例系数获取单元，用于根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；
插补单元，用于根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
基于同一发明构思，本发明还提供一种双轴电机控制装置，所述装置包括：运动控制器，伺服驱动器和双轴电机；所述运动控制器中存储一种平面步进双轴***插补***；
所述运动控制器用于接收用户输入的指令并根据所述指令生成插补轨迹、并发送插补轨迹信号给伺服驱动器；
所述伺服驱动器接收运动控制器发送的插补轨迹信号，并将所述插补轨迹信号转化为驱动信号发送给双轴电机；
所述双轴电机接收所述驱动信号，并将按照指令执行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。
基于同一发明构思，本发明还提供一种双轴电机控制方法，所述方法包括：
运动控制器根据输入指令生成T型加减速直线插补轨迹；
运动控制器将所述插补轨迹转换成控制信号，并发送给伺服驱动器；
伺服驱动器接收所述控制信号，并将所述控制信号转换成双轴电机所需的驱动信号；
双轴电机按照驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动；
伺服驱动器通过闭环反馈机制监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信，实现平面步进双轴***的插补运动；所述运动控制器中存储一种平面步进双轴***插补***。
本发明的有益之处在于：
本发明解决了现有平面步进双轴***在高速启停时冲击力过大算法欠佳，而且多为分段式运动，并不满足矢量合成的工作需求的问题。
本发明所述的一种平面步进双轴***插补方法，通过在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图，可视化显示两个轴的运动方向和速度；根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量图，可以获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹，这个合成轨迹将考虑两个轴的速度和运动方向，给出了两个轴在空间中同时移动时应该遵循的路径；根据速度矢量合成轨迹，我们可以求解A轴和B轴步进电机同时到达时的速度关系；这个关系为两个轴在不同时间点上的速度比例；根据A轴和B轴步进电机的速度关系，可以计算出表征速度关系的比例系数。这个比例系数描述了A轴和B轴速度之间的关系，根据比例系数可以知晓在插补运动中应该如何调整每个轴的速度，以达到预期的插补效果；根据表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值，实现T型加减速直线插补。本发明根据比例系数和步进电机的控制方式，确定每个轴的加速度、减速度和匀速段的步进值，从而实现平稳的直线插补运动。
附图说明
图1为实施方式一所述的一种平面步进双轴***插补方法流程图；
图2为实施方式二所述的两轴平面矢量运动示意图；
图3为实施方式九所述的仿真实验流程图；
图4为实施方式九所述的电机控制示意图；
图5为实施方式九所述的产品示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种平面步进双轴***插补方法，所述方法包括：
在X-Y 坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；
根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；
根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；
根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；
根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
本实施方式通过在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图，可视化显示两个轴的运动方向和速度；根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量图，可以获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹，这个合成轨迹将考虑两个轴的速度和运动方向，给出了两个轴在空间中同时移动时应该遵循的路径；根据速度矢量合成轨迹，我们可以求解A轴和B轴步进电机同时到达时的速度关系；这个关系为两个轴在不同时间点上的速度比例；根据A轴和B轴步进电机的速度关系，可以计算出表征速度关系的比例系数。这个比例系数描述了A轴和B轴速度之间的关系，根据比例系数可以知晓在插补运动中应该如何调整每个轴的速度，以达到预期的插补效果；根据表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值，实现T型加减速直线插补。本实施方式根据比例系数和步进电机的控制方式，确定每个轴的加速度、减速度和匀速段的步进值，从而实现平稳的直线插补运动。
本实施方式通过绘制矢量运动图，可以直观地了解和分析步进电机在平面内的运动情况；确定速度矢量合成轨迹：通过合成轨迹，可以确定两个轴在空间中同时移动时应该遵循的路径，用于后续的插补运动控制；通过求解速度关系，可以确定两个轴在同时到达目标位置时的速度比例，为插补运动控制提供参考；通过计算比例系数和步进电机的PWM频率步进值，可以确定插补运动中每个轴的步进值，实现平稳的加减速直线插补，提高运动的平滑性和精度。
实施方式二、参见图2说明本实施方式。本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴***插补方法的进一步限定，所述根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹，包括：
根据A轴和B轴步进电机平面矢量运动图分别将所述A轴和B轴步进电机的速度矢量进行分解，获得A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数；
将所述A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数进行T型加减速处理，获取A轴步进电机与B轴步进电机加速或者减速的阶段的实时速度关系；
根据所述实时速度关系使得A轴和B轴步进电机按照设定的速度进行同步运动，获得A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度；
将所述A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度进行矢量合成，获得矢量合成轨迹。
本实施方式中步进电机的同步运动是指A轴和B轴步进电机按照特定速度和方向同时运行，以实现预定的轨迹。通过对A轴和B轴步进电机速度矢量进行分解、加减速处理和实时速度关系的计算，从而使得两个电机按照设定的速度进行同步运动。通过将A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度进行矢量合成，可以获得矢量合成轨迹。这意味着可以根据设定的速度参数和实时速度关系生成一条综合了A轴和B轴步进电机运动的轨迹，使得两个电机协同工作，达到期望的运动目标。
本实施方式通过将A轴和B轴步进电机的速度进行矢量分解并进行加减速处理，可以实现对步进电机运动的精确控制。这有助于保证运动的准确性和稳定性，从而提高***的定位精度和运动轨迹的平滑性。通过根据实时速度关系使得A轴和B轴步进电机按照设定的速度进行同步运动，可以保持两个电机之间的同步性能。这对于需要同时控制多个电机的应用非常重要，确保它们在协同工作时能够保持一致的速度和位置关系。本步骤中的矢量合成轨迹可以根据设定的速度参数和实时速度关系进行调整，从而实现不同的运动需求和轨迹形状。这为***提供了灵活性和可定制性，使得步进电机的运动可以根据具体的应用需求进行调整和优化。
本实施方式通过将A轴和B轴步进电机的速度进行分解、加减速处理和矢量合成，实现了两个电机的同步运动，生成了矢量合成轨迹。这样可以提高***的定位精度、同步性能和灵活性，适应不同应用场景的步进电机控制需求。
实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴***插补方法的进一步限定，所述将所述A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数进行T型加减速处理，获取A轴步进电机与B轴步进电机加速或者减速的阶段的实时速度关系，包括：
,
其中，为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A轴的加速度，/>为B轴的加速度，/>为运动时间，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴***插补方法的进一步限定，所述获得A轴步进电机的速度为：
，
其中，为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴***插补方法的进一步限定，所述根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数，包括：
，
，
，
其中，为比例系数，/>为A轴、B轴的加减速总时间，/>为A轴瞬时的速度步进值，/>为B轴瞬时的速度步进值，/>为上升阶段和下降阶段所需的脉冲数，其中，/>为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
实施方式六、本实施方式所述的一种平面步进双轴***插补***，所述***包括：
矢量图获取单元，用于在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；
矢量合成轨迹获取单元，用于根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；
速度求解单元，用于根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；
比例系数获取单元，用于根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；
插补单元，用于根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
实施方式七、本实施方式所述的一种双轴电机控制装置，所述装置包括：运动控制器，伺服驱动器和双轴电机；所述运动控制器中存储实施方式六所述的一种平面步进双轴***插补***；
所述运动控制器用于接收用户输入的指令并根据所述指令生成插补轨迹、并发送插补轨迹信号给伺服驱动器；
所述伺服驱动器接收运动控制器发送的插补轨迹信号，并将所述插补轨迹信号转化为驱动信号发送给双轴电机；
所述双轴电机接收所述驱动信号，并将按照指令执行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。
本实施方式中，运动控制器根据用户输入的指令，通过实施方式六中的平面步进双轴***插补***生成插补轨迹。这意味着可以根据用户的需求和指令生成复杂的运动轨迹，包括直线、圆弧、斜线等，实现更加灵活多样的运动控制。伺服驱动器接收运动控制器发送的插补轨迹信号，并将其转化为驱动信号发送给电机。这样可以确保控制信号从运动控制器传递到双轴电机的有效性和准确性，保证控制指令被正确执行。双轴电机接收驱动信号并执行相应的加速、匀速和减速运动。通过对驱动信号的控制，可以实现电机的平滑加减速运动，提高***的运动精度和稳定性，减少振动和冲击。
本实施方式所述的控制装置利用插补轨迹生成和驱动信号传递，可以实现对双轴电机运动的精确控制。这有助于提高***的定位精度和轨迹平滑性，适用于对运动精度要求高的应用领域。所述装置适用于双轴电机控制，可以实现两个电机之间的协同运动。这可以满足复杂运动需求，例如平面上的同步运动、曲线运动等，提高***的灵活性和多功能性。运动控制器中存储了实施方式六所述的平面步进双轴***插补***，具有可编程性和扩展性。这意味着可以根据具体的应用需求进行定制和扩展，适应不同的双轴电机控制需求。
本实施方式所述的控制装置通过插补轨迹生成、控制信号传递和电机运动控制，实现了双轴电机的精确控制和多轴协同运动。这具备较高精度、灵活性和可定制性，适用于广泛领域的双轴电机控制应用。
实施方式八、本实施方式所述的一种双轴电机控制方法，所述方法包括：
运动控制器根据输入指令生成T型加减速直线插补轨迹；
运动控制器将所述插补轨迹转换成控制信号，并发送给伺服驱动器；
伺服驱动器接收所述控制信号，并将所述控制信号转换成双轴电机所需的驱动信号；
双轴电机按照驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动；
伺服驱动器通过闭环反馈机制监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信，实现平面步进双轴***的插补运动；所述运动控制器中存储实施方式六所述的一种平面步进双轴***插补***。
本实施方式所述的运动控制器根据用户输入的指令生成T型加减速直线插补轨迹。这种插补方式可以实现平滑的加速、匀速和减速过渡，使得电机在执行直线运动时能够更加平稳、精确地到达目标位置。运动控制器将生成的插补轨迹转换成控制信号，并发送给伺服驱动器。伺服驱动器接收控制信号并将其转换成电机所需的驱动信号。这种控制信号的传递方式能够确保指令从运动控制器到电机的有效传递，确保双轴电机按照期望的轨迹进行运动。双轴电机根据接收到的驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动。通过控制驱动信号的变化率，可以实现双轴电机的平滑加减速运动，减少运动过程中的冲击和振动，提高***的精确性和稳定性。伺服驱动器通过闭环反馈机制实时监测电机的实际位置，并将反馈信息与运动控制器进行通信。这样可以实现实时的位置校正和误差修正，使得电机能够准确地按照预定的插补轨迹进行运动，提高***的运动精度和稳定性。
本实施方式通过T型加减速直线插补轨迹生成和控制信号传递，实现了对电机运动的精确控制。这可以提高***的定位精度和轨迹平滑性，适用于需要高精度运动控制的应用领域。通过加减速运动和闭环反馈机制，本步骤实现了电机的平稳运动特性。这可以减少运动过程中的冲击和振动，降低***的机械应力，延长电机和设备的使用寿命。通过闭环反馈机制监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信，可以实现实时的位置校正。这能够保证电机能够准确地按照预定的插补轨迹进行运动，提高***的运动精度和稳定性。
实施方式九、参见图3至图5说明本实施方式。本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴***插补方法的提供一实际应用环境，同时也用于解释实施方式二至实施方式五，具体的：
本实施方式在LabVIEW平台中实现轴的T型加减速算法。
在实际场景中，步进电机中速度与频率的关系为：
,
其中，为步进电机的转速，/>为步进电机固有步距角，/>为步进驱动器细分度。
由此可见速度正比于脉冲频率的变化，而脉冲频率又是精确可控，故此速度就可以通过脉冲来实现高精度的控制。本实施方式所述的 T 型加减速算法，就是指控制器输出的脉冲信号频率映射的电机速度V，与脉冲个数对应电机位置P之间的关系图，当左右两侧的加速度和减速度相同时，就是呈对称的T型图，并且上升和下降均为一条直线，斜率为K且K不等于0，所以斜率K就是加速度a。
假定速度V=1000pulse/s 即脉冲频率为1KHz。加速度即T型图中的斜率K，本质是速度的一次微分，所以 a=500。S 即为总位移，在这里就是运行总的脉冲个数。加速上升时间t=v/a，而上升阶段发出的脉冲个数N，即上升的距离：
N 的计算公式为：
，
单个脉冲频率dv，对应为加速或者减速阶段中，瞬时的速度步进值，相当于单个脉冲频率，dv 的计算公式为：
，
加减速过程：假设n作为当前生成的脉冲个数
1. 当n ≤ N时，即处于加速阶段，对应的脉冲频率F = n × dv（即每次生成一个脉冲，频率就递增 dv 个数）。
2. 当N<n ≤ S − N时，即处于匀速阶段，此时对应的脉冲频率与设定的速度V相等，即V = F = N ×dv，只要脉冲频率不变那么速度就保持不变。
当S − N<n ≤ S时，即处于减速阶段，此时理论上与加速阶段相仿，脉冲频率应该缓缓减小，且减小的步进值等于dv，所以频率的变化F = (S − n) × dv，这样速度就逐级递减。
在LabVIEW中，通过移位寄存器功能即可对PWM脉冲频率的递进变化进行处理。
通过T型三阶段变化状态机，可以自适应处理3种阶段：当脉冲累计计数 n≤N 时，每产生一个PWM脉冲之后，频率增加dv；当 N＜n≤S-N 时，PWM 频率保持不变，等于前面板给定值v或者说是 N×d；当 S-N＜n≤S 时，每产生一个 PWM 脉冲，频率减少一个dv值。
在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图，在平面内，用A、B代表两轴运动方向，假定起始点坐标为(0，0)，终点坐标为（1，1），当发生物理运动时，B轴方向上移动的位移为,A 轴方向上移动的位移为/>，如果启动顺序不同，例如先启动A轴再启动B轴，或者反之都会造成移动速度不同步，进而在平面中显现出移动的轨迹呈现折线状态。
为了能够让运动轨迹在起点坐标与终点坐标间呈现直线状态，就需提前将A轴、B轴的速度矢量分解出来，然后分别控制 A、B 轴，按照设定的速度V进行同步运动，而且速度矢量合成之后，呈现的就是一条与轨迹重合的线段在B轴上已知速度，加速度/>，位移/>的前提下，计算出对应A轴的速度/>，加速度/>，位移/>，因此就相当于控制AB轴向运动的速度合成。在AB两轴遵循 T 型算法运动的前提下，为了让AB两轴的运动同时到达目标点位置，就必须要保持A 轴、B轴的起始加速阶段的速度、匀速保持阶段的速度、接近终点减速阶段的速度都与各自的位移成正比，这样不仅方便程式计算，也简化了矢量合成。并且根据B轴就可以推算出A轴的运动参数
加速或者减速的阶段的实时速度关系：
，
进而求解出。
匀速阶段的速度关系：，
A轴步进电机的速度为：
。
B 轴的加减速时间实际并不是单纯的，而是在区间0<n ≤ N的求和值，该累计时间称之为 m，就是加速阶段的时间和。将 A、B 轴加减速的个数 N 设置成相同的值即，当经过 N 个脉冲个数后，A、B 轴均进入 T 型匀速保持阶段，下面进行系数推导过程：
当时：
，
。
在LabVIEW中实现的方式为通过For Loo（for 循环）和Shift Register（移位寄存器）实现脉冲相同。
同理，，
为了实现A轴、B 轴同时到达，令推导出/>，终确定了A轴、B 轴的速度关系方程将其定义为比例系数：
，
，
，
本实施方式在LabVIEW 上通过高通函数实现：
，
根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
本实施方式还进行了数据验证：
，/>，/>，/>，经计算，/>,。
最终在 LabVIEW 中通过FPGA硬件NI myRIO 1900对两轴同步输出PWM脉冲频率，如果连接至步进驱动器中，就可以直观的同步控制电机运转。
通过LabVIEW程序可以直观的看到模拟为A、B 轴输出的PWM脉冲显示灯同时打开，中间的执行状态呈现：A、B轴逐渐加快闪烁——稳定闪烁——逐渐加快闪烁（T 型加减速原则），A轴、B 轴同时开始闪烁，同时关闭指示灯（实现同步），所述仿真实验流程图如图3所示。
将程序算法通过LabVIEW FPGA 进行编译后，移植入NI myRIO 1900控制器中，将物理接线口PWM_A、PWM_B 接入步进驱动器A轴和B的 pulse+端，将myRIO控制器的GND分别接入步进驱动器A、B的 pulse端，A轴、B 轴的2相步进电机按接口定义接入各自电机的驱动器中，如下示意图所示。物理接线示意图如图4所示。
在硬件***中实际测试效果如图5所示，驱动器2D45电流设置为额定1.9A；细分度设置为 1600Pulse/rev；电机为57型2相步4线步进电机；并设置平面双轴滑台。
实验结果为：在A轴、B 轴组成的平面内，终端法兰机构移动轨迹始终保持为一条，从起始坐标至终点坐标连接而成的最短斜线，符合矢量合成直线插补规律。
要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。上述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种平面步进双轴***插补方法，其特征在于，所述方法包括：
在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；
根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；
根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；
根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；
根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
2.根据权利要求1所述的一种平面步进双轴***插补方法，其特征在于，所述根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹，包括：
根据A轴和B轴步进电机平面矢量运动图分别将所述A轴和B轴步进电机的速度矢量进行分解，获得A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数；
将所述A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数进行T型加减速处理，获取A轴步进电机与B轴步进电机加速或者减速的阶段的实时速度关系；
根据所述实时速度关系使得A轴和B轴步进电机按照设定的速度进行同步运动，获得A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度；
将所述A轴步进电机的速度和B轴步进电机的速度进行矢量合成，获得矢量合成轨迹。
3.根据权利要求2所述的一种平面步进双轴***插补方法，其特征在于，所述将所述A轴步进电机速度矢量参数和B轴步进电机速度矢量参数进行T型加减速处理，获取A轴步进电机与B轴步进电机加速或者减速的阶段的实时速度关系，包括：
,
其中，为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A轴的加速度，/>为B轴的加速度，/>为运动时间，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
4.根据权利要求2所述的一种平面步进双轴***插补方法，其特征在于，所述获得A轴步进电机的速度为：
，
其中，为A轴的速度，/>为B轴的速度，/>为A轴的位移，/>为B轴的位移。
5.根据权利要求1所述的一种平面步进双轴***插补方法，其特征在于，所述根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数，包括：
，
，
，
其中，为比例系数，/>为A轴、B 轴的加减速总时间，/>为A轴瞬时的速度步进值，为B轴瞬时的速度步进值，/>为上升阶段和下降阶段所需的脉冲数，/>为A 轴的速度，为B轴的速度，/>为A 轴的位移，/>为B轴的位移。
6.一种平面步进双轴***插补***，其特征在于，所述***包括：
矢量图获取单元，用于在X-Y坐标系内绘制A轴和B轴步进电机平面矢量运动图；
矢量合成轨迹获取单元，用于根据所述A轴和B轴步进电机平面矢量运动图获取A轴和B轴速度矢量合成轨迹；
速度求解单元，用于根据所述速度矢量合成轨迹求解A轴和B轴步进电机同时到达时的A轴和B轴步进电机的速度关系；
比例系数获取单元，用于根据所述A轴和B轴步进电机的速度关系计算表征速度关系的比例系数；
插补单元，用于根据所述表征速度关系的比例系数和B轴步进电机PWM频率步进值实现T型加减速直线插补。
7.一种双轴电机控制装置，其特征在于，所述装置包括：运动控制器，伺服驱动器和双轴电机；所述运动控制器中存储权利要求6所述的一种平面步进双轴***插补***；
所述运动控制器用于接收用户输入的指令并根据所述指令生成插补轨迹、并发送插补轨迹信号给伺服驱动器；
所述伺服驱动器接收运动控制器发送的插补轨迹信号，并将所述插补轨迹信号转化为驱动信号发送给双轴电机；
所述双轴电机接收所述驱动信号，并将按照指令执行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。
8.一种双轴电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
运动控制器根据输入指令生成T型加减速直线插补轨迹；
运动控制器将所述插补轨迹转换成控制信号，并发送给伺服驱动器；
伺服驱动器接收所述控制信号，并将所述控制信号转换成双轴电机所需的驱动信号；
双轴电机按照驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动；
伺服驱动器通过闭环反馈机制监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信，实现平面步进双轴***的插补运动；所述运动控制器中存储权利要求6所述的一种平面步进双轴***插补***。
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