一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用PLC實(shí)現(xiàn)主軸與從軸同步控制的方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在低成本的前提下實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法。本來(lái)在其他公司高功能中大型PLC里需要多步完成的復(fù)雜功能，在本發(fā)明實(shí)施的小型PLC里用一條指令即可實(shí)現(xiàn)。如果使用多條指令完成，采樣周期往往依賴于PLC的掃描周期，當(dāng)PLC程序龐大的時(shí)候，掃描周期非常長(zhǎng)，造成從軸響應(yīng)滯后，輸出脈沖間隙大，電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，定位精度差。本發(fā)明的同步指令使用方便，同步性能好。同時(shí)大大提高了PLC的執(zhí)行效率，縮短了整個(gè)PLC的掃描周期。使得工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制響應(yīng)更快，位置控制更加精確。
【專利說(shuō)明】—種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用PLC實(shí)現(xiàn)主軸與從軸同步控制的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]PLC (可編程控制器)由于在惡劣的環(huán)境中工作可靠性高，實(shí)時(shí)性好，功能強(qiáng)大，使用方便，所以被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。高速脈沖輸出功能和高速計(jì)數(shù)器功能是PLC在位置控制和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中的重要組成部分。通過(guò)高速脈沖輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，利用脈沖編碼器可以采樣電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，轉(zhuǎn)化為脈沖形式，然后通過(guò)高速計(jì)數(shù)器對(duì)其高頻率的脈沖進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)電機(jī)的控制。具備這兩種功能的PLC可以應(yīng)用在位置控制和運(yùn)動(dòng)控制如紡織機(jī)械、小型包裝機(jī)械等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。
[0003]在上述位置控制和運(yùn)動(dòng)控制的閉環(huán)控制中，特別是用于兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)間的同步控制，需要PLC多條指令的配合。通過(guò)PLC的高速計(jì)數(shù)器采集裝在電機(jī)上旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)，得到電機(jī)的速度信息。然后在PLC程序中加入計(jì)算過(guò)程，再通過(guò)PLC的高速脈沖輸出將計(jì)算結(jié)果通過(guò)脈沖形式輸出到驅(qū)動(dòng)電機(jī)。這樣的做法PLC程序量比較大，更重要的是，PLC采用順序掃描的方式執(zhí)行指令，采用多條分離指令的方式會(huì)大大增加PLC掃描周期的時(shí)間，使得運(yùn)動(dòng)控制的輸出滯后于輸入的變化，同步性不好。實(shí)際控制效果不理想，例如會(huì)使生產(chǎn)線傳送帶堆料或者產(chǎn)生牽拉傳送帶現(xiàn)象。
[0004]另外目前多數(shù)PLC的高速計(jì)數(shù)器功能和高速脈沖輸出功能集成在主CPU中，占用主CPU的資源，影響整個(gè)PLC的掃描周期，使得輸出滯后于輸入現(xiàn)象更加明顯，這大大縮小了此種PLC的使用范圍。并且即便是一些進(jìn)口的PLC在多個(gè)端口同時(shí)工作時(shí)，標(biāo)稱的最高頻率就大打折扣，往往幾路同時(shí)使用，實(shí)際頻率只能達(dá)到最高頻率的幾分之一，這在他們的說(shuō)明書和技術(shù)參數(shù)上都有說(shuō)明。
[0005]為了達(dá)到兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立電機(jī)間同步控制的目的，在需要高精度同步控制的場(chǎng)合，就不得不選用價(jià)格昂貴的專用同步控制器，或者需要PLC編寫復(fù)雜的同步算法應(yīng)用程序，并且?guī)в歇?dú)立的運(yùn)動(dòng)控制模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊。這大大的增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，對(duì)資源造成了很大的浪費(fèi)。如發(fā)明專利:一種伺服調(diào)速PLC控制的定尺飛鋸機(jī)控制系統(tǒng)(201010567491.X)，為了完成從軸同步主軸的功能，采用了西門子的中型PLC主機(jī)CPU315-2DP和一個(gè)高速計(jì)數(shù)擴(kuò)展模塊FM350-2以及帶profibus通信功能的伺服驅(qū)動(dòng)器，這一套系統(tǒng)的價(jià)格非常昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在低成本的前提下實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法,該雙軸包括一個(gè)主軸及N個(gè)從軸，N ^ 1，由主軸驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)作，輸送機(jī)構(gòu)上承載有物料，輸送機(jī)構(gòu)在主軸驅(qū)動(dòng)下將物料向從軸所在位置輸送，每個(gè)從軸則控制一個(gè)動(dòng)作部，主軸每將物料輸送一段主軸長(zhǎng)度MLEM后，動(dòng)作部在相應(yīng)從軸控制下對(duì)輸送至的物料與輸送機(jī)構(gòu)同步地完成一個(gè)設(shè)定動(dòng)作，其特征在于，主軸與第i個(gè)從軸的同步控制方法包括以下步驟，i = I,..., N:
[0008]第一步、在PLC內(nèi)設(shè)計(jì)主控單元及同步控制單元，主控單元連接人機(jī)交互單元；同步控制單元至少包括高速計(jì)數(shù)器模塊、同步算法處理模塊及高速脈沖輸出模塊，由高速計(jì)數(shù)器模塊對(duì)與主軸及從軸相連的編碼器的脈沖信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)數(shù)，由高速脈沖輸出模塊向主軸及從軸輸出控制其動(dòng)作的脈沖信號(hào)；
[0009]第二步、用戶通過(guò)人機(jī)交互單元向主控單元至少輸入主軸長(zhǎng)度MLEM、從軸長(zhǎng)度SLEN、同步起始位置SYNSTR、同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN、從軸加減速時(shí)間SHME、主軸運(yùn)行頻率MFRQ及從軸與主軸的同步倍率RAT1，主控單元完成對(duì)指令的解析后將上述參數(shù)輸出給同步算法處理模塊，其中，從軸長(zhǎng)度SLEN為從軸的周長(zhǎng)，同步起始位置SYNSTR為動(dòng)作部開始與主軸線速度達(dá)到一致的位置，同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN為動(dòng)作部與主軸線速度保持一致運(yùn)行的距離；
[0010]第三步、從軸在同步控制單元的控制下運(yùn)行至預(yù)先設(shè)定的機(jī)械原點(diǎn)后，再運(yùn)行至內(nèi)部計(jì)算所得的虛擬原點(diǎn)，然后從軸停止動(dòng)作。虛擬原點(diǎn)的位置在同步起始位置SYNSTR之前，距離為從軸在加速時(shí)間SHME內(nèi)以加速度Al運(yùn)動(dòng)至同步起始位置SYNSTR的距離。同步算法處理模塊等待由主控單元或高速計(jì)數(shù)器模塊給出的起始信號(hào)，接收到該起始信號(hào)后，同步算法處理模塊計(jì)算從軸自機(jī)械原點(diǎn)加速至同步起始位置SYNSTR的加速度Al =(主軸速度*RAT10)/SHME，高速脈沖輸出模塊根據(jù)加速度Al控制從軸在從軸加減速時(shí)間SHME內(nèi)以加速度Al加速運(yùn)動(dòng)至同步起始位置SYNSTR ；
[0011]第四步、從軸從同步起始位置SYNSTR開始在同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN內(nèi)以主軸速度*RAT10為速度跟隨主軸，動(dòng)作部對(duì)物料完成設(shè)定動(dòng)作后，從軸與主軸完成同步，從軸從當(dāng)前速度加速或減速到回歸速度V后運(yùn)行至虛擬原點(diǎn)后返回第三步的等待起始信號(hào)，主軸則一直根據(jù)主軸運(yùn)行頻率MFRQ保持勻速運(yùn)動(dòng)，其中，回歸速度V =回歸距離/T，回歸距離=SLEN-虛擬原點(diǎn)至同步起始位置SYNSTR的距離-SYNLEN，T為自主軸離開同步區(qū)始至觸發(fā)下一個(gè)起始信號(hào)所需要的時(shí)間，T =剩余長(zhǎng)度/主軸速度，剩余長(zhǎng)度=MLEM-主軸速度*STIME-SYNLEN0
[0012]優(yōu)選地，在所述主軸由靜止加速至由所述主軸運(yùn)行頻率MFRQ確定的主軸速度的加速過(guò)程中，所述主軸與所述第i個(gè)從軸的同步過(guò)程為:
[0013]步驟1、令所述輸送機(jī)構(gòu)上每隔一個(gè)主軸長(zhǎng)度MLEM為一個(gè)從軸的同步起始點(diǎn)，由所述同步算法處理模塊求得離當(dāng)前從軸最近的一個(gè)同步起始點(diǎn)至當(dāng)前從軸的同步起始位置SYNSTR的距離Lini，Lini = STIME*主軸速度；
[0014]步驟2、由所述同步算法處理模塊求解Lini = VQt+l/2at2得到所述主軸達(dá)到同步起始位置SYNSTR的時(shí)間t，式中，V0為所述高速計(jì)數(shù)器模塊對(duì)所述主軸第一次采樣時(shí)的初速度，加速度a = (V1-VtlVT,式中，T為所述高速計(jì)數(shù)器模塊的采樣周期，V1為所述高速計(jì)數(shù)器模塊經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期后的所述主軸的末速度；
[0015]步驟3、從軸在虛擬原點(diǎn)等待(t-SHME)后開始啟動(dòng)工作。
[0016]優(yōu)選地，所述同步算法處理模塊將計(jì)算得到的各個(gè)參數(shù)反饋回所述主控單元，由所述主控單元通過(guò)所述人機(jī)交互單元向用戶展示各個(gè)參數(shù)。
[0017]優(yōu)選地，所述高速脈沖輸出模塊具有N個(gè)獨(dú)立的脈沖輸出通道，每個(gè)脈沖輸出通道與每個(gè)所述從軸一一對(duì)應(yīng)，為不同的脈沖輸出通道分配不同的通道號(hào)，則在所述第二步中，用戶還通過(guò)人機(jī)交互單元向主控單元輸入通道號(hào)PORT，由所述主控單元完成對(duì)該參數(shù)的解析后將其輸出給同步算法處理模塊，同步算法處理模塊根據(jù)通道號(hào)PORT控制所述高速脈沖輸出模塊通過(guò)相應(yīng)的脈沖輸出通道向相應(yīng)的從軸輸出脈沖信號(hào)。
[0018]優(yōu)選地，所述同步控制單元還包括通信控制模塊，所述主控單元與所述同步控制單元之間通過(guò)該通信控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
[0019]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于:第一，采用可編程邏輯器件的芯片內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)，通過(guò)虛擬原點(diǎn)-期望同步區(qū)算法，實(shí)現(xiàn)了輸出脈沖根據(jù)比例系數(shù)同步于輸入脈沖。同步延時(shí)只依賴于設(shè)定的延時(shí)周期。第二，指令功能采用和主CPU的分離設(shè)計(jì)，同步功能在FPGA中執(zhí)行完成，而不影響整個(gè)PLC的掃描周期，使得同步功能響應(yīng)速度快。第三，用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)的多路脈沖同步指令，輸入頻率和輸出頻率比傳統(tǒng)單片機(jī)要快得多，可以做到每一路并行工作，完全獨(dú)立不受影響，標(biāo)稱的最高頻率和使用的數(shù)量沒有關(guān)系，每一路均能達(dá)到最高頻率。這就使得小型PLC在低成本的方案下具備了多路脈沖同步輸出的運(yùn)動(dòng)控制功能，大大增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0020]本來(lái)在其他公司高功能中大型PLC里需要多步完成的復(fù)雜功能，在本發(fā)明實(shí)施的小型PLC里用一條指令即可實(shí)現(xiàn)。如果使用多條指令完成，采樣周期往往依賴于PLC的掃描周期，當(dāng)PLC程序龐大的時(shí)候，掃描周期非常長(zhǎng)，造成從軸響應(yīng)滯后，輸出脈沖間隙大，電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，定位精度差。本發(fā)明的同步指令使用方便，同步性能好。同時(shí)大大提高了PLC的執(zhí)行效率，縮短了整個(gè)PLC的掃描周期。使得工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制響應(yīng)更快，位置控制更加精確。
[0021]更進(jìn)一步，本發(fā)明可同時(shí)進(jìn)行3組脈沖同步的操作，適用于多軸控制的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，功能上代替了原來(lái)需要使用中大型PLC和運(yùn)動(dòng)模塊的系統(tǒng)，數(shù)量上比原來(lái)需要多臺(tái)PLC才能控制的多軸系統(tǒng)減少了，大大的降低了用戶成本，節(jié)約了資源。
[0022]更進(jìn)一步，本發(fā)明可以應(yīng)用于飛剪，定長(zhǎng)裁切等需要兩個(gè)或多個(gè)電機(jī)間同步的裝置，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
[0023]綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種具有脈沖同步輸出功能的低成本通用型小型PLC，用一條指令完成了兩個(gè)獨(dú)立電機(jī)間的同步控制，同步響應(yīng)快，定位精確。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明所使用的PLC的設(shè)計(jì)框圖，圖中，M表示編碼器，G表示電機(jī)；
[0025]圖2為本發(fā)明的同步算法的流程圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0028]本發(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法僅使用一條指令即可完成主從軸同步功能。本發(fā)明中的PLC主機(jī)采用主控單元及同步控制單元,本實(shí)施例中，主控單元由ARM芯片實(shí)現(xiàn)，同步控制單元由大容量可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)。FPGA負(fù)責(zé)高速脈沖輸入采樣、同步算法處理以及高速脈沖輸出等功能。同步功能的實(shí)現(xiàn)在FPGA中完成，和主芯片ARM的分離設(shè)計(jì)大大減輕了主芯片的工作量，減少了整個(gè)PLC的掃描周期。
[0029]如圖1所示，在本實(shí)施例中，F(xiàn)PGA主要分成4個(gè)大的模塊。高速計(jì)數(shù)器模塊對(duì)編碼器的脈沖信號(hào)進(jìn)行精確的計(jì)數(shù)，驅(qū)動(dòng)主軸及從軸的電機(jī)G通過(guò)編碼器M將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)輸入FPGA。通信模塊主要負(fù)責(zé)FPGA和主芯片ARM的數(shù)據(jù)交換。ARM根據(jù)用戶設(shè)定的同步參數(shù)傳送給FPGA，通信模塊將收到的這些參數(shù)分別傳送給高速計(jì)數(shù)器模塊、高速脈沖輸出模塊和同步算法處理模塊。最終又將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和處理結(jié)果傳回到ARM主控制器，用戶可對(duì)指令進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。同步算法處理模塊將高速計(jì)數(shù)模塊采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出主軸實(shí)時(shí)的運(yùn)行頻率、運(yùn)行距離，再通過(guò)特定的算法計(jì)算出從軸應(yīng)當(dāng)維持怎樣的頻率保持和主軸同步。并且，同步算法處理模塊有預(yù)判功能,根據(jù)一段時(shí)間主軸的運(yùn)行和用戶輸入的參數(shù)，事先計(jì)算從軸的運(yùn)行參數(shù)。這種算法使得從軸同步精度高，延時(shí)小。最終同步算法處理模塊將從軸的跟隨頻率和跟隨距離實(shí)時(shí)發(fā)送給高速脈沖輸出模塊。這樣就完成了一個(gè)同步周期的工作。
[0030]為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更容易理解本發(fā)明，本實(shí)施例以一個(gè)最簡(jiǎn)單的一個(gè)主軸與一個(gè)從軸同步的例子來(lái)對(duì)本發(fā)明提供的方法做出說(shuō)明，并將本發(fā)明提供的方法應(yīng)用在對(duì)材料進(jìn)行定長(zhǎng)切割的場(chǎng)合。本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解了本發(fā)明后，可以將其應(yīng)用在其他場(chǎng)合，也可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)主軸與多個(gè)從軸之間的同步。
[0031]在圖3中，主軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)傳輸帶運(yùn)動(dòng)，傳輸帶上放置有待切割材料，待切割材料上每隔一段距離有一個(gè)切割點(diǎn)，該距離為主軸長(zhǎng)度MLEM，在每個(gè)切割點(diǎn)附近安裝一個(gè)傳感器，在本實(shí)施例中，傳感器選用色標(biāo)傳感器。從軸上則安裝切刀，從軸與主軸同步過(guò)程中由切刀在預(yù)定切割點(diǎn)對(duì)待切割材料進(jìn)行切割。
[0032]結(jié)合圖2，本實(shí)施例中的主軸與從軸的同步過(guò)程為:
[0033]第一步、用戶通過(guò)人機(jī)交互單元向主控單元輸入主軸長(zhǎng)度MLEM、從軸長(zhǎng)度SLEN、同步起始位置SYNSTR、同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN、從軸加減速時(shí)間SHME、主軸運(yùn)行頻率MFRQ、從軸與主軸的同步倍率RAT1、從軸方向DIR、輸入脈沖模式INMOD及通道號(hào)PORT，主控單元完成對(duì)指令的解析后將上述參數(shù)輸出給同步算法處理模塊。其中:
[0034]從軸長(zhǎng)度SLEN為從軸的周長(zhǎng)；同步起始位置SYNSTR為動(dòng)作部開始設(shè)定動(dòng)作的位置；同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN為切刀開始切割動(dòng)作至完成切割動(dòng)作的時(shí)間內(nèi)從軸轉(zhuǎn)過(guò)的長(zhǎng)度或輸送機(jī)構(gòu)輸送物料的距離；從軸方向DIR規(guī)定了從軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，在本實(shí)施例中，從軸為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；輸入脈沖模式INMOD則設(shè)定了高速計(jì)數(shù)模塊的工作模式，在本實(shí)施例中，可以為高速計(jì)數(shù)模塊設(shè)定3種不同的工作模式；高速脈沖輸出模塊具有多個(gè)獨(dú)立的脈沖輸出通道，每個(gè)脈沖輸出通道與每個(gè)從軸一一對(duì)應(yīng)，為不同的脈沖輸出通道分配不同的通道號(hào)，用戶通過(guò)人機(jī)交互單元向主控單元輸入通道號(hào)PORT，由主控單元完成對(duì)該參數(shù)的解析后將其輸出給同步算法處理模塊，同步算法處理模塊根據(jù)通道號(hào)PORT控制高速脈沖輸出模塊通過(guò)相應(yīng)的脈沖輸出通道向相應(yīng)的從軸輸出脈沖信號(hào)。
[0035]第二步、從軸在同步控制單元的控制下運(yùn)行至預(yù)先設(shè)定的機(jī)械原點(diǎn)后，從軸停止動(dòng)作，同步算法處理模塊等待由主控單元或高速計(jì)數(shù)器模塊給出的起始信號(hào)，接收到該起始信號(hào)后，同步算法處理模塊計(jì)算從軸自機(jī)械原點(diǎn)加速至同步起始位置SYNSTR的加速度Al =(主軸速度*RAT10)/SHME，高速脈沖輸出模塊根據(jù)加速度Al控制從軸在從軸加減速時(shí)間SHME內(nèi)以加速度Al加速運(yùn)動(dòng)至同步起始位置SYNSTR。
[0036]機(jī)械原點(diǎn)是安裝在從軸上的機(jī)械點(diǎn)，一般用光電接近開關(guān)，根據(jù)實(shí)際需要確定位置。PLC程序前期會(huì)有一個(gè)單獨(dú)的回歸原點(diǎn)指令。由于本發(fā)明和前期準(zhǔn)備工作無(wú)關(guān)，因此這里假設(shè)已經(jīng)在原點(diǎn)初始狀態(tài)開始執(zhí)行。
[0037]第三步、從軸從同步起始位置SYNSTR開始在同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN內(nèi)以主軸速度*RAT10為速度跟隨主軸，動(dòng)作部對(duì)物料完成切割動(dòng)作后，從軸與主軸完成同步，從軸從當(dāng)前速度加速或減速到回歸速度V后運(yùn)行至機(jī)械原點(diǎn)后返回第二步，主軸則一直根據(jù)主軸運(yùn)行頻率MFRQ保持勻速運(yùn)動(dòng)，其中，回歸速度V =回歸距離/T，回歸距離=SLEN-機(jī)械原點(diǎn)至同步起始位置SYNSTR的距離-SYNLEN，T為自主軸離開同步區(qū)始至觸發(fā)下一個(gè)起始信號(hào)所需要的時(shí)間，T =剩余長(zhǎng)度/主軸速度，剩余長(zhǎng)度=MLEM-機(jī)械原點(diǎn)至同步起始位置SYNSTR的距離-SYNLEN。
[0038]在本實(shí)施例中，起始信號(hào)可以由色標(biāo)傳感器觸發(fā),也可以由高速計(jì)數(shù)模塊對(duì)主軸計(jì)數(shù)至設(shè)定脈沖數(shù)后觸發(fā)。
[0039]上述步驟為主軸到達(dá)由主軸運(yùn)行頻率MFRQ確定的轉(zhuǎn)速后勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)與從軸的同步過(guò)程。而在主軸由靜止到勻速的加速過(guò)程中，其與從軸的同步過(guò)程為:
[0040]步驟1、令輸送機(jī)構(gòu)上每隔一個(gè)主軸長(zhǎng)度MLEM為一個(gè)從軸的同步起始點(diǎn)，即色標(biāo)傳感器的安裝位置，由同步算法處理模塊求得離當(dāng)前從軸最近的一個(gè)同步起始點(diǎn)至當(dāng)前從軸的同步起始位置SYNSTR的距離Lini，Lini = STIME*主軸速度；
[0041]步驟2、由所述同步算法處理模塊求解Lini = Vj+l/^at2得到所述主軸達(dá)到同步起始位置SYNSTR的時(shí)間t，式中，V0為所述高速計(jì)數(shù)器模塊對(duì)所述主軸第一次采樣時(shí)的初速度，加速度a = (V1-VtlVT,式中，T為所述高速計(jì)數(shù)器模塊的采樣周期，V1為所述高速計(jì)數(shù)器模塊經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期后的所述主軸的末速度；
[0042]步驟3、從軸在機(jī)械原點(diǎn)等待(t-STIME)后開始啟動(dòng)工作。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法，該雙軸包括一個(gè)主軸及N個(gè)從軸，NS 1，由主軸驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)作，輸送機(jī)構(gòu)上承載有物料，輸送機(jī)構(gòu)在主軸驅(qū)動(dòng)下將物料向從軸所在位置輸送，每個(gè)從軸則控制一個(gè)動(dòng)作部，主軸每將物料輸送一段主軸長(zhǎng)度MLEM后，動(dòng)作部在相應(yīng)從軸控制下對(duì)輸送至的物料與輸送機(jī)構(gòu)同步地完成一個(gè)設(shè)定動(dòng)作，其特征在于，主軸與第i個(gè)從軸的同步控制方法包括以下步驟，i = 1，…，N: 第一步、在PLC內(nèi)設(shè)計(jì)主控單元及同步控制單元,主控單元連接人機(jī)交互單元；同步控制單元至少包括高速計(jì)數(shù)器模塊、同步算法處理模塊及高速脈沖輸出模塊，由高速計(jì)數(shù)器模塊對(duì)與主軸及從軸相連的編碼器的脈沖信號(hào)進(jìn)行精確計(jì)數(shù)，由高速脈沖輸出模塊向主軸及從軸輸出控制其動(dòng)作的脈沖信號(hào)； 第二步、用戶通過(guò)人機(jī)交互單元向主控單元至少輸入主軸長(zhǎng)度MLEM、從軸長(zhǎng)度SLEN、同步起始位置SYNSTR、同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN、從軸加減速時(shí)間SHME、主軸運(yùn)行頻率MFRQ及從軸與主軸的同步倍率RAT1，主控單元完成對(duì)指令的解析后將上述參數(shù)輸出給同步算法處理模塊，其中，從軸長(zhǎng)度SLEN為從軸的周長(zhǎng)，同步起始位置SYNSTR為動(dòng)作部開始與主軸線速度達(dá)到一致的位置，同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN為動(dòng)作部與主軸線速度保持一致運(yùn)行的距離；第三步、從軸在同步控制單元的控制下運(yùn)行至預(yù)先設(shè)定的機(jī)械原點(diǎn)后，再運(yùn)行至內(nèi)部計(jì)算所得的虛擬原點(diǎn)，然后從軸停止動(dòng)作，虛擬原點(diǎn)的位置在同步起始位置SYNSTR之前，距離為從軸在加速時(shí)間SHME內(nèi)以加速度Al運(yùn)動(dòng)至同步起始位置SYNSTR的距離，同步算法處理模塊等待由主控單元或高速計(jì)數(shù)器模塊給出的起始信號(hào)，接收到該起始信號(hào)后，同步算法處理模塊計(jì)算從軸自機(jī)械原點(diǎn)加速至同步起始位置SYNSTR的加速度Al =(主軸速度*RAT1)/STIME，高速脈沖輸出模塊根據(jù)加速度Al控制從軸在從軸加減速時(shí)間STIME內(nèi)以加速度Al加速運(yùn)動(dòng)至同步起始位置SYNSTR ； 第四步、從軸從同步起始位置SYNSTR開始在同步區(qū)長(zhǎng)度SYNLEN內(nèi)以主軸速度*RAT10為速度跟隨主軸，動(dòng)作部對(duì)物料完成設(shè)定動(dòng)作后，從軸與主軸完成同步，從軸從當(dāng)前速度加速或減速到回歸速度V后運(yùn)行至虛擬原點(diǎn)后返回第三步的等待起始信號(hào)，主軸則一直根據(jù)主軸運(yùn)行頻率MFRQ保持勻速運(yùn)動(dòng)，其中，回歸速度V =回歸距離/T，回歸距離=SLEN-虛擬原點(diǎn)至同步起始位置SYNSTR的距離-SYNLEN，T為自主軸離開同步區(qū)始至觸發(fā)下一個(gè)起始信號(hào)所需要的時(shí)間，T =剩余長(zhǎng)度/主軸速度，剩余長(zhǎng)度=MLEM-主軸速度*SHME-SYNLEN。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法，其特征在于:在所述主軸由靜止加速至由所述主軸運(yùn)行頻率MFRQ確定的主軸速度的加速過(guò)程中，所述主軸與所述第i個(gè)從軸的同步過(guò)程為: 步驟1、令所述輸送機(jī)構(gòu)上每隔一個(gè)主軸長(zhǎng)度MLEM為一個(gè)從軸的同步起始點(diǎn)，由所述同步算法處理模塊求得離當(dāng)前從軸最近的一個(gè)同步起始點(diǎn)至當(dāng)前從軸的同步起始位置SYNSTR 的距離 Lini，Lini = STIME* 主軸速度； 步驟2、由所述同步算法處理模塊求解Lini = V0t+l/2at2得到所述主軸達(dá)到同步起始位置SYNSTR的時(shí)間t，式中，Vtl為所述高速計(jì)數(shù)器模塊對(duì)所述主軸第一次采樣時(shí)的初速度，加速度a = (V1-VtlVT,式中，T為所述高速計(jì)數(shù)器模塊的采樣周期,V1為所述高速計(jì)數(shù)器模塊經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期后的所述主軸的末速度； 步驟3、從軸在虛擬原點(diǎn)等待(t-STIME)后開始啟動(dòng)工作。
3.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法，其特征在于:所述同步算法處理模塊將計(jì)算得到的各個(gè)參數(shù)反饋回所述主控單元，由所述主控單元通過(guò)所述人機(jī)交互單元向用戶展示各個(gè)參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法，其特征在于:所述高速脈沖輸出模塊具有N個(gè)獨(dú)立的脈沖輸出通道，每個(gè)脈沖輸出通道與每個(gè)所述從軸一一對(duì)應(yīng)，為不同的脈沖輸出通道分配不同的通道號(hào)，則在所述第二步中，用戶還通過(guò)人機(jī)交互單元向主控單元輸入通道號(hào)PORT，由所述主控單元完成對(duì)該參數(shù)的解析后將其輸出給同步算法處理模塊，同步算法處理模塊根據(jù)通道號(hào)PORT控制所述高速脈沖輸出模塊通過(guò)相應(yīng)的脈沖輸出通道向相應(yīng)的從軸輸出脈沖信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)雙軸同步控制的方法，其特征在于:所述同步控制單元還包括通信控制模塊，所述主控單元與所述同步控制單元之間通過(guò)該通信控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
【文檔編號(hào)】G05B19/18GK104238447SQ201410482857
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】琚長(zhǎng)江, 應(yīng)成, 薛吉, 侯金華, 程睿遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究院, 上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司