本發(fā)明涉及伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

在高精度伺服系統(tǒng)中，光柵傳感器常用于采集待測(cè)目標(biāo)的位置信息。按運(yùn)動(dòng)形式分，光柵傳感器可分為直線型和旋轉(zhuǎn)型。其中，直線型光柵傳感器主要由光柵尺和讀數(shù)頭構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)型光柵傳感器主要由碼盤和讀數(shù)頭構(gòu)成。在實(shí)際使用光柵傳感器時(shí)，用戶只需按照固定的時(shí)鐘頻率向讀數(shù)頭發(fā)送脈沖信號(hào)，讀數(shù)頭就會(huì)將封裝好的數(shù)據(jù)返回給用戶。但是，如果用戶想要得到待測(cè)目標(biāo)的角度信息，則還需要對(duì)讀數(shù)頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

在現(xiàn)有技術(shù)中，運(yùn)動(dòng)控制器可以針對(duì)光柵進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、并進(jìn)行高精度的伺服控制。但是，現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制器價(jià)格昂貴，即使便宜的也高達(dá)幾萬(wàn)元。另外，現(xiàn)有的運(yùn)控控制器因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的控制算法，基本上很難用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的系統(tǒng)。

針對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制器存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實(shí)時(shí)性差、成本高的缺陷，亟需一種通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、實(shí)時(shí)性高，能適用于多種絕對(duì)式光柵和增量式光柵的運(yùn)動(dòng)控制方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種通用性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、精度高的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置。

一方面，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)控制方法，所述方法包括：

S1、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器將外部編碼器采集的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，并將所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至FPGA解碼器；

S2、FPGA解碼器對(duì)所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至ARM控制器；

S3、ARM控制器通過(guò)主定時(shí)器模塊讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量，并將所述控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器；所述復(fù)合控制算法由PID閉環(huán)控制、前饋控制構(gòu)成；

S4、DA轉(zhuǎn)換器將所述控制輸出量由數(shù)字量形式轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量形式，然后將其輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；

其中，所述ARM控制器裝載有UCOSII操作系統(tǒng)。

優(yōu)選的，在步驟S3中，所述ARM控制器通過(guò)主定時(shí)器模塊讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，具體包括：

讀取上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，并判斷ARM控制器中的控制參數(shù)是否改變；若控制參數(shù)改變，則對(duì)ARM控制器重新進(jìn)行初始化；若控制參數(shù)未改變或者在重新初始化之后，讀取FPGA解碼器解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)、并將其轉(zhuǎn)換為角度數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在步驟S3中，所述主定時(shí)器模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量，具體包括：

根據(jù)所述角度數(shù)據(jù)獲取位置反饋數(shù)據(jù)，并對(duì)所述位置反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行一階濾波獲取速度反饋數(shù)據(jù)；

根據(jù)電機(jī)運(yùn)行模式調(diào)用相應(yīng)的軌跡規(guī)劃函數(shù)，計(jì)算位置期望數(shù)據(jù)；其中，所述軌跡規(guī)劃函數(shù)為梯形規(guī)劃函數(shù)或三角形規(guī)劃函數(shù)；

根據(jù)所述位置反饋數(shù)據(jù)、位置期望數(shù)據(jù)計(jì)算位置環(huán)偏差，并將所述位置環(huán)偏差輸入PID位置閉環(huán)，以獲取位置環(huán)PID控制量；

對(duì)所述位置環(huán)PID控制量進(jìn)行二階濾波，獲取速度期望數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述速度反饋數(shù)據(jù)、速度期望數(shù)據(jù)計(jì)算速度環(huán)偏差，并將所述速度環(huán)偏差輸入PID速度閉環(huán)，以獲取速度環(huán)PID控制量。

優(yōu)選的，所述一階濾波具體為：

$\mathrm{\Δ}v=\frac{s_4+s_1+3s_3+3s_2}{8};$

式中，Δv為速度反饋數(shù)據(jù)，s₁為當(dāng)前時(shí)刻的角度增量，s₂為與s₁相鄰的前一時(shí)刻的角度增量、s₃為與s₂相鄰的前一時(shí)刻的角度增量、s₄為與s₃相鄰的前一時(shí)刻的角度增量。

優(yōu)選的，所述根據(jù)所述角度數(shù)據(jù)獲取位置反饋數(shù)據(jù)，具體包括：

判斷當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)是否正確；若當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)正確，則將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)清零，并將當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)作為當(dāng)前的位置反饋數(shù)據(jù)；若當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)加1，并且，在連續(xù)出錯(cuò)次數(shù)小于100次時(shí)，用前一時(shí)刻的位置反饋數(shù)據(jù)作為當(dāng)前的位置反饋數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，在當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，所述方法還包括：若連續(xù)出錯(cuò)次數(shù)大于等于100次，則令A(yù)RM控制器進(jìn)入緊急停車模式，以使控制輸出量為0。

優(yōu)選的，在獲取速度反饋數(shù)據(jù)之后，且在計(jì)算位置期望數(shù)據(jù)之前，所述方法還包括：根據(jù)所述速度反饋數(shù)據(jù)判斷電機(jī)是否超速；若電機(jī)未超速，則將超速計(jì)數(shù)清零；若電機(jī)超速，則將超速計(jì)數(shù)加1；并且，在連續(xù)超速次數(shù)大于100次時(shí)，令A(yù)RM控制器進(jìn)入緊急停車模式，以使控制輸出量為0。

優(yōu)選的，在根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量之后，且在將所述控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器之前，所述方法還包括：

判斷所述控制輸出量是否超出預(yù)設(shè)的輸出極限值；若所述控制輸出量超出所述輸出極限值，則將所述輸出極限值輸出至DA轉(zhuǎn)換器；若所述控制輸出量未超出所述輸出極限值，則將控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器。

優(yōu)選的，所述方法還包括：所述ARM控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊接收上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，以及向上位機(jī)返回ARM控制器的狀態(tài)信息。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種運(yùn)動(dòng)控制裝置，所述裝置包括：第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器、FGPA解碼器、裝載有UCOSII操作系統(tǒng)的ARM控制器、DA轉(zhuǎn)換器；所述ARM控制器包括：主定時(shí)器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊；

第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器用于將外部編碼器采集的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，并將所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至FPGA解碼器；

FPGA解碼器用于對(duì)所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至ARM控制器；

ARM控制器用于通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊接收上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，以及向上位機(jī)返回ARM控制器的狀態(tài)信息；ARM控制器還用于通過(guò)主定時(shí)器模塊讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量，并將所述控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器；所述復(fù)合控制算法由PID閉環(huán)控制、前饋控制構(gòu)成；

DA轉(zhuǎn)換器用于將所述控制輸出量由數(shù)字量形式轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量形式，然后將其輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；

其中，所述ARM控制器為STM32芯片。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制方法主要包括以下步驟：第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器將外部編碼器采集的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，并將單端數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至FPGA解碼器；FPGA解碼器對(duì)單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至裝載UCOSII操作系統(tǒng)的ARM控制器；ARM控制器通過(guò)主定時(shí)器模塊讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量，并將控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器；DA轉(zhuǎn)換器對(duì)控制輸出量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后將其輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制方法中，通過(guò)采用差分輸入方式采集編碼器信號(hào)、并通過(guò)第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器將差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，提高了控制方法的通用性；通過(guò)FPGA解碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼、并通過(guò)載有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的ARM控制器進(jìn)行閉環(huán)控制，提高了控制方法的實(shí)時(shí)性。進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)采用由PID閉環(huán)控制、前饋控制構(gòu)成的復(fù)合控制算法，提高了控制方法的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖而提供的具體實(shí)施方式部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，在附圖中：

圖1是示出的本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制方法的流程示意圖；

圖2是圖1中讀取解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及控制參數(shù)的優(yōu)選方式；

圖3是圖1中根據(jù)復(fù)合控制算法獲取控制輸出量的優(yōu)選方式；

圖4是圖3中根據(jù)角度數(shù)據(jù)獲取位置反饋數(shù)據(jù)的優(yōu)選方式；

圖5是根據(jù)圖3中的速度反饋數(shù)據(jù)判斷電機(jī)是否超速的步驟示意圖；

圖6是示出的本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖；

圖7是圖6所示的ARM控制器的結(jié)構(gòu)組成示意圖；

1、外部編碼器；2、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器；3、FPGA解碼器；4、ARM控制器；5、DA轉(zhuǎn)換器；6、上位機(jī)；7、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；8、IO輸入輸出；9、LCD顯示器；10、第二信號(hào)轉(zhuǎn)換器；11、總線；401、網(wǎng)絡(luò)通信模塊；402、主定時(shí)器模塊；403、初始化模塊。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。對(duì)示例性實(shí)施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制。

現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制器普遍存在以下三個(gè)問題：一是由于技術(shù)壟斷、生產(chǎn)成本高，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)控制器的購(gòu)買價(jià)格昂貴；二是由于控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制算法復(fù)雜，用戶很難進(jìn)行二次開發(fā)、修改；三是由于結(jié)構(gòu)、控制算法復(fù)雜，導(dǎo)致控制器很難用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的系統(tǒng)，即不能對(duì)控制器的高精度與高實(shí)時(shí)性進(jìn)行兼顧。

針對(duì)現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制器的缺陷，本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)控制方法與裝置，以提高運(yùn)動(dòng)控制方法與運(yùn)動(dòng)控制裝置的通用性、實(shí)時(shí)性、控制精度，同時(shí)降低運(yùn)動(dòng)控制的成本。

下面結(jié)合附圖1-5對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)控制方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制方法的流程示意圖。從圖1可見，該運(yùn)動(dòng)控制方法主要包括步驟S1～S4：

步驟S1、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器將外部編碼器采集的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，并將所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)解碼器。

在該步驟中，通過(guò)設(shè)置第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)變換，便于采用差分輸入方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，極大地提高了運(yùn)動(dòng)控制方法的通用性。

步驟S2、FPGA解碼器對(duì)所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至ARM控制器。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，F(xiàn)PGA解碼器在對(duì)單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼之后，將解碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)分為兩路：一路數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至ARM控制器，另一路數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)第二信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘中盘?hào)形式后輸出至外部設(shè)備。這樣一來(lái)，既滿足了運(yùn)動(dòng)控制的需求，又滿足了將光柵信息傳到外部設(shè)備的需求，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制方法的通用性。

步驟S3、ARM控制器通過(guò)主定時(shí)器模塊讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量，并將所述控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器。其中，所述ARM控制器裝載有UCOSII操作系統(tǒng)。

在步驟S3中，所述ARM控制器讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)存在多種實(shí)施方式。圖2示出了一種讀取解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及控制參數(shù)的優(yōu)選方式。由圖2可見，該優(yōu)選方式具體包括：首先，讀取上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)；然后，判斷ARM控制器中的控制參數(shù)是否改變；若控制參數(shù)改變，則對(duì)ARM控制器重新進(jìn)行初始化；若控制參數(shù)未改變或者在重新初始化之后，讀取FPGA解碼器解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)、并將其轉(zhuǎn)換為角度數(shù)據(jù)。在具體實(shí)施時(shí)，ARM控制器可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊接收上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊向上位機(jī)返回ARM控制器的狀態(tài)信息。

在圖2所示的優(yōu)選方式中，通過(guò)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制之前判斷ARM控制器中的控制參數(shù)是否改變，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制方法的可靠性。

另外，在步驟S3中，所述主定時(shí)器模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量也存在多種實(shí)施方式。圖3示出了一種根據(jù)復(fù)合控制算法獲取控制輸出量的優(yōu)選方式。從圖3可見，該優(yōu)選方式具體包括：步驟S321～步驟S325：

S321、根據(jù)所述角度數(shù)據(jù)獲取位置反饋數(shù)據(jù)，并對(duì)所述位置反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行一階濾波獲取速度反饋數(shù)據(jù)。

在步驟S21中，根據(jù)所述角度數(shù)據(jù)獲取位置反饋數(shù)據(jù)存在多種實(shí)施方式。圖4示出了一種根據(jù)角度數(shù)據(jù)獲取位置反饋數(shù)據(jù)的優(yōu)選方式。從圖4可見，該優(yōu)選方式具體包括：判斷當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)是否正確；若當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)正確，則將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)清零，并將當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)作為當(dāng)前的位置反饋數(shù)據(jù)；若當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)加1，并且，在連續(xù)出錯(cuò)次數(shù)小于100次時(shí)，用前一時(shí)刻的位置反饋數(shù)據(jù)作為當(dāng)前的位置反饋數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，若連續(xù)出錯(cuò)次數(shù)大于等于100次，則令A(yù)RM控制器進(jìn)入緊急停車模式，以使控制輸出量為0。在圖4所示的優(yōu)選方式中，通過(guò)對(duì)當(dāng)前采集的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并在連續(xù)出錯(cuò)多次時(shí)使ARM控制器進(jìn)入緊急停車模式，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的可靠性。

進(jìn)一步的，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述一階濾波具體為：

$\mathrm{\Δ}v=\frac{s_4+s_1+3s_3+3s_2}{8};$

式中，Δv為速度反饋數(shù)據(jù)，s₁為當(dāng)前時(shí)刻的角度增量，s₂為與s₁相鄰的前一時(shí)刻的角度增量、s₃為與s₂相鄰的前一時(shí)刻的角度增量、s₄為與s₃相鄰的前一時(shí)刻的角度增量。與現(xiàn)有的一階濾波方法相比，該一階濾波方法不僅簡(jiǎn)單高效、而且極大提高了運(yùn)動(dòng)控制方法的精度。

S322、根據(jù)電機(jī)運(yùn)行模式調(diào)用相應(yīng)的軌跡規(guī)劃函數(shù)，計(jì)算位置期望數(shù)據(jù)，其中，所述軌跡規(guī)劃函數(shù)為梯形規(guī)劃函數(shù)或三角形規(guī)劃函數(shù)。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在步驟S321獲取速度反饋數(shù)據(jù)之后，且在步驟S322計(jì)算位置期望數(shù)據(jù)之前，所述方法還包括圖5所示的步驟。由圖5可見，該步驟具體為：根據(jù)所述速度反饋數(shù)據(jù)判斷電機(jī)是否超速；若電機(jī)未超速，則將超速計(jì)數(shù)清零；若電機(jī)超速，則將超速計(jì)數(shù)加1；并且，在連續(xù)超速次數(shù)大于100次時(shí)，令A(yù)RM控制器進(jìn)入緊急停車模式，以使控制輸出量為0。在圖5所示的步驟中，通過(guò)判斷電機(jī)是否超速、并在連續(xù)超速多次時(shí)使ARM控制器進(jìn)入緊急停車模式，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的可靠性、安全性。

S323、根據(jù)所述位置反饋數(shù)據(jù)、位置期望數(shù)據(jù)計(jì)算位置環(huán)偏差，并將所述位置環(huán)偏差輸入PID位置閉環(huán)，以獲取位置環(huán)PID控制量。

S324、對(duì)所述位置環(huán)PID控制量進(jìn)行二階濾波，獲取速度期望數(shù)據(jù)。

S325、根據(jù)所述速度反饋數(shù)據(jù)、速度期望數(shù)據(jù)計(jì)算速度環(huán)偏差，并將所述速度環(huán)偏差、前饋控制輸出值輸入PID速度閉環(huán)，以獲取速度環(huán)PID控制量。

進(jìn)一步的，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在根據(jù)圖3所示的優(yōu)選方式獲取控制輸出量以后，且在將所述控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器之前，該運(yùn)動(dòng)控制方法還包括：判斷所述控制輸出量是否超出預(yù)設(shè)的輸出極限值；若所述控制輸出量超出所述輸出極限值，則將所述輸出極限值輸出至DA轉(zhuǎn)換器；若所述控制輸出量未超出所述輸出極限值，則將控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器。通過(guò)以上步驟，能夠有效防止由于控制輸出量過(guò)大引起電機(jī)損壞的故障出現(xiàn)。

步驟S4、DA轉(zhuǎn)換器將所述控制輸出量由數(shù)字量形式轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量形式，然后將其輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

在本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制方法中，通過(guò)采用PID位置閉環(huán)、PID速度閉環(huán)，并采用路徑規(guī)劃算法，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的精度。進(jìn)一步的，通過(guò)在速度環(huán)的輸入中加入前饋控制，極大地提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。進(jìn)一步的，通過(guò)在ARM控制器中裝載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UCOSII，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性。另外，通過(guò)設(shè)置第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器，便于以差分方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的通用性。

下面結(jié)合圖6和圖7對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例中的ARM控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖6可見，該運(yùn)動(dòng)控制裝置主要包括：第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器2、FGPA解碼器3、裝載有UCOSII操作系統(tǒng)的ARM控制器4、DA轉(zhuǎn)換器5。其中，ARM控制器4主要包括：主定時(shí)器模塊402、網(wǎng)絡(luò)通信模塊401。另外，從圖6可見，該運(yùn)動(dòng)控制裝置還包括：IO輸入輸出8、LCD顯示器9、總線11。其中，IO輸入輸出8包括：IO輸入接口、IO輸出接口、以及用于隔離IO輸入接口與IO輸出接口的光耦。LCD顯示器9與ARM控制器4相連，用于顯示ARM控制器的狀態(tài)信息?？偩€11用于運(yùn)動(dòng)控制裝置中多個(gè)部件的連接，比如ARM控制器與DA轉(zhuǎn)換器，ARM控制器與IO輸入輸出8，等等。

第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器2用于將外部編碼器1采集的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，并將所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至FPGA解碼器3。在具體實(shí)施時(shí)，第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器可優(yōu)先選用DS26LS31芯片。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)置第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器，便于以差分方式對(duì)外部編碼器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的通用性。

FPGA解碼器3用于對(duì)所述單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)并口發(fā)送至ARM控制器4。在具體實(shí)施時(shí)，F(xiàn)PGA解碼器可優(yōu)先選用EP2C5T144C8芯片，ARM控制器優(yōu)先選取STM32芯片。

ARM控制器4用于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊401接收上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，以及向上位機(jī)返回ARM控制器的狀態(tài)信息。ARM控制器4用于通過(guò)主定時(shí)器模塊402讀取所述解碼得到的數(shù)據(jù)信號(hào)以及上位機(jī)發(fā)送的控制參數(shù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的復(fù)合控制算法獲取控制輸出量，并將所述控制輸出量輸出至DA轉(zhuǎn)換器5。其中，所述復(fù)合控制算法由PID閉環(huán)控制、前饋控制構(gòu)成。另外，從圖6可見，ARM控制器4還包括：初始化模塊403。初始化模塊403用于對(duì)運(yùn)動(dòng)控制裝置進(jìn)行初始化，如對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UCOSII進(jìn)行初始化，對(duì)FPGA解碼器進(jìn)行初始化等等。在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)在ARM控制器中裝載UCOSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上直接利用ARM控制器的32位的高精度定時(shí)器，以完成控制算法的周期性調(diào)用，從而極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性。

DA轉(zhuǎn)換器5用于將所述控制輸出量由數(shù)字量形式轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量形式，然后將其輸出至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器7。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)控制裝置還包括：第二信號(hào)轉(zhuǎn)換器10。在該優(yōu)選實(shí)施例中，F(xiàn)PGA解碼器3在對(duì)單端數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解碼之后，將解碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)分為兩路：一路數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至ARM控制器4，另一路數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)第二信號(hào)轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘中盘?hào)形式后輸出至外部設(shè)備。這樣一來(lái)，既滿足了運(yùn)動(dòng)控制的需求，又滿足了將光柵信息傳到外部設(shè)備的需求，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制裝置的通用性。

在本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制裝置中，通過(guò)設(shè)置第一信號(hào)轉(zhuǎn)換器，便于以差分方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的通用性。通過(guò)在ARM控制器中裝載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UCOSII，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性。另外，通過(guò)將本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制方法應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)控制裝置中，極大提高了運(yùn)動(dòng)控制的精度以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

雖然參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于文中詳細(xì)描述和示出的具體實(shí)施方式，在不偏離權(quán)利要求書所限定的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所述示例性實(shí)施方式做出各種改變。