專利名稱：一種電機(jī)加減速精確控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種電機(jī)控制裝置，尤其是ー種電機(jī)加減速精確控制裝置。
背景技術(shù)：
カロ、減速的控制是運(yùn)動(dòng)控制的必要組成部分，隨著加工精度和加工效率需求的提高。要求我們?cè)O(shè)計(jì)各種復(fù)雜曲線進(jìn)行加、減的控制。對(duì)于復(fù)雜曲線的加減速規(guī)劃目前主要米用I、對(duì)于加減速?zèng)]有進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃，直接按照用戶給定的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減速設(shè)計(jì)，當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到但還未加速到目標(biāo)速度時(shí)直接減速停止。這樣的缺點(diǎn)是對(duì)于脈沖不足加 速時(shí)沖擊過大。而且脈沖能滿足加速要求時(shí)，需要計(jì)算減速的脈沖，對(duì)于一些非對(duì)稱曲線計(jì)算量較大，可能無法在減速前完成計(jì)算。2、根據(jù)用戶給定的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減速設(shè)計(jì)，同時(shí)在加速的過程中計(jì)算減速脈沖。在達(dá)到減速脈沖時(shí)減速停止。這種方法缺點(diǎn)是每個(gè)周期的計(jì)算量很大，對(duì)于一些曲線也可能在ー個(gè)周期內(nèi)無法計(jì)算完成。而且脈沖不能滿足加速到最大速度時(shí)，所走的曲線只是整體曲線的部分，可能會(huì)存在較大的沖擊。
發(fā)明內(nèi)容為解決以上問題，本實(shí)用新型提供一種曲線加減速的規(guī)劃方法，本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案為一種電機(jī)的高精度控制方法，包括A、提前判斷用戶所給定脈沖是否能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到目標(biāo)速度；B、如果給定脈沖能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到目標(biāo)速度，則根據(jù)用戶指定的參數(shù)進(jìn)行脈沖分配；C、如果給定的脈沖不能使電機(jī)按照規(guī)定的曲線加速到目標(biāo)速度，則計(jì)算出新的目標(biāo)速度；D、根據(jù)計(jì)算出的新的目標(biāo)速度按照設(shè)定的曲線規(guī)劃出理想的軌跡進(jìn)行脈沖分配；E、將分配好的脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)；進(jìn)ー步的步驟A中所述判斷為將用戶給定脈沖全部設(shè)定為進(jìn)行加減速的所需脈沖，計(jì)算按照設(shè)定曲線所能達(dá)到的最大速度，如果該最大速度超過目標(biāo)速度則執(zhí)行步驟B ;如果最大速度小于目標(biāo)速度則順序執(zhí)行步驟C、D ；其中，對(duì)于S曲線，由其対稱性知，其加、減速期間需要的脈沖總量和相應(yīng)加減速時(shí)間內(nèi)的經(jīng)過加速曲線兩端點(diǎn)和經(jīng)過減速曲線兩端點(diǎn)的直線的脈沖總量相等。由此可計(jì)算出用戶給定的脈沖全部用于加、減速可到達(dá)的最大速度。進(jìn)而可判斷出是否能加速到目標(biāo)速度；其中，對(duì)于對(duì)稱指數(shù)曲線，由其対稱性知，其加、減速期間需要的脈沖總量和相應(yīng)加減速時(shí)間內(nèi)的經(jīng)過加速曲線兩端點(diǎn)和經(jīng)過減速曲線兩端點(diǎn)的直線的脈沖總量相等。由此可計(jì)算出用戶給定的脈沖數(shù)全部用于加、減速可到達(dá)的最大速度。進(jìn)而可判斷出是否能加速到目標(biāo)速度；進(jìn)ー步的所述曲線為指數(shù)曲線、S曲線、拋物線；進(jìn)ー步的步驟A中所述判斷為基于運(yùn)動(dòng)控制卡或者運(yùn)動(dòng)控制器或者DSP或者FPGA或者M(jìn)CU完成；進(jìn)ー步的所述電機(jī)高精度控制方法用于伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)或者直線電機(jī)控制。 本實(shí)用新型還提供一種電機(jī)加減速精確控制裝置，所述控制裝置包括信息輸入單元，用于輸入加減速控制信息，所述控制信息包括給定脈沖數(shù)，加減速時(shí)間，加減速曲線類型，目標(biāo)速度；目標(biāo)速度判斷単元，用于提前判斷用戶所給定脈沖是否能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度；目標(biāo)速度確定單元，用于根據(jù)目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果確定目標(biāo)速度，如果目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果為電機(jī)可以按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度，則確定目標(biāo)速度為規(guī)定的目標(biāo)速度；如果目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果為電機(jī)不能按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度，則計(jì)算確定新的目標(biāo)速度；脈沖分配単元，用于根據(jù)目標(biāo)速度確定單元確定的目標(biāo)速度按照規(guī)定的曲線進(jìn)行脈沖分配；信息輸出單元，用于將脈沖分配単元分配的脈沖輸出給電機(jī)；進(jìn)ー步的目標(biāo)速度判斷単元所述提前判斷為電機(jī)加減速之前；進(jìn)ー步的所述信息輸入單元為鍵盤輸入或者觸摸屏輸入；進(jìn)ー步的所述目標(biāo)速度判斷単元，目標(biāo)速度確定單元，脈沖分配単元可以為一體式，也可以為分體式；其中，目標(biāo)速度判斷単元，目標(biāo)速度確定單元，脈沖分配單元為MCU或者DSP或者FPGA 等；進(jìn)ー步的所述輸出單元為脈沖插補(bǔ)輸出或者總線插補(bǔ)輸出；進(jìn)ー步的所述控制裝置應(yīng)用于伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)控制；進(jìn)ー步的所述控制裝置應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制卡或者運(yùn)動(dòng)控制器上。有益效果I、運(yùn)算量減小，解決了部分曲線加減速由于每個(gè)周期計(jì)算量過大不能實(shí)現(xiàn)的問題2、在不能達(dá)到目標(biāo)速度的加減速中，也能夠規(guī)劃出完整的相應(yīng)曲線，解決了之前不能到達(dá)最大速度時(shí)產(chǎn)生的沖擊問題。

圖I為電機(jī)高精度控制方法流程圖；圖2為電機(jī)高精度控制裝置示意圖；圖3為S曲線加減速算法示意圖；圖4為指數(shù)曲線加減速算法示意圖；[0038]圖5為非對(duì)稱曲線加減速驗(yàn)證輸出示意圖；圖6為重新規(guī)劃目標(biāo)速度后的非対稱曲線加減速驗(yàn)證輸出示意具體實(shí)施方式
一種電機(jī)的高精度控制方法，包括A、提前判斷用戶所給定脈沖是否能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到目標(biāo)速度；B、如果給定脈沖能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到目標(biāo)速度，則根據(jù)用戶指定的參數(shù)進(jìn)行脈沖分配；C、如果給定的脈沖不能使電機(jī)按照規(guī)定的曲線加速到目標(biāo)速度，則計(jì)算出新的目標(biāo)速度； D、根據(jù)計(jì)算出的新的目標(biāo)速度規(guī)劃出理想的軌跡進(jìn)行脈沖分配；E、將分配好的脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)；進(jìn)ー步的步驟A中所述判斷為將用戶給定脈沖全部設(shè)定為進(jìn)行加減速的所需脈沖，計(jì)算按照規(guī)定曲線所能達(dá)到的最大速度，如果該最大速度超過目標(biāo)速度則執(zhí)行步驟B ;如果最大速度小于目標(biāo)速度則順序執(zhí)行步驟C、D ；其中，對(duì)于S曲線，由其対稱性知，其加、減速期間需要的脈沖總量和相應(yīng)加減速時(shí)間內(nèi)的經(jīng)過加速曲線兩端點(diǎn)和經(jīng)過減速曲線兩端點(diǎn)的直線的脈沖總量相等。由此可計(jì)算出用戶給定的脈沖全部用于加、減速可到達(dá)的最大速度。進(jìn)而可判斷出是否能加速到目標(biāo)速度；其中，對(duì)于對(duì)稱指數(shù)曲線，由其特性知，其加、減速期間需要的脈沖總量和相應(yīng)加減速時(shí)間內(nèi)的經(jīng)過加速曲線兩端點(diǎn)和經(jīng)過減速曲線兩端點(diǎn)的直線的脈沖總量相等。由此可計(jì)算出用戶給定的脈沖數(shù)全部用于加、減速可到達(dá)的最大速度。進(jìn)而可判斷出是否能加速到目標(biāo)速度；進(jìn)ー步的所述曲線為指數(shù)曲線、S曲線、拋物線；進(jìn)ー步的步驟A中所述判斷為基于運(yùn)動(dòng)控制卡或者運(yùn)動(dòng)控制器或者DSP或者FPGA或者M(jìn)CU完成；進(jìn)ー步的所述電機(jī)為伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)；本實(shí)用新型還提供一種電機(jī)加減速精確控制裝置，所述控制裝置包括信息輸入單元，用于輸入加減速控制信息；目標(biāo)速度判斷単元，用于提前判斷用戶所給定脈沖是否能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度；目標(biāo)速度確定單元，用于根據(jù)目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果確定目標(biāo)速度，如果目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果為電機(jī)可以按照規(guī)定曲線加速規(guī)定的目標(biāo)速度，則確定目標(biāo)速度為規(guī)定的目標(biāo)速度；如果目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果為電機(jī)不能按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度，則計(jì)算確定新的目標(biāo)速度；脈沖分配単元，用于根據(jù)目標(biāo)速度確定單元確定的目標(biāo)速度按照規(guī)定的曲線進(jìn)行脈沖分配；信息輸出單元，用于將脈沖分配単元分配的脈沖輸出給電機(jī)；進(jìn)ー步的所述信息輸入單元為鍵盤輸入或者觸摸屏輸入；[0059]進(jìn)ー步的所述目標(biāo)速度判斷単元，目標(biāo)速度確定單元，脈沖分配単元可以為一體式，也可以為分體式；其中，目標(biāo)速度判斷単元，目標(biāo)速度確定單元，脈沖分配單元為MCU或者DSP或者FPGA 等；進(jìn)ー步的所述輸出單元為脈沖插補(bǔ)輸出或者總線插補(bǔ)輸出；進(jìn)ー步的所述控制裝置應(yīng)用于伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)控制；進(jìn)ー步的所述控制裝置應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制卡或者運(yùn)動(dòng)控制器上。下面以運(yùn)動(dòng)控制中常見的s曲線加減速和指數(shù)加減速進(jìn)行說明如圖3、圖4所示 對(duì)稱S曲線加減速對(duì)于對(duì)稱S曲線加減速，假設(shè)用戶需要的加速到最大速度Vmax的時(shí)間為T、總脈沖數(shù)P、和目標(biāo)速度V。由于S曲線加減速特性可以知道，加減速期間需要的脈沖總量和和相應(yīng)加減速時(shí)間內(nèi)的經(jīng)過加速曲線兩端點(diǎn)和經(jīng)過減速曲線兩端點(diǎn)的直線的脈沖總量相等。假設(shè)總脈沖數(shù)P完全用于S曲線加減速所可達(dá)到的速度為Vp。(I)起始結(jié)束速度為零，由直線加減速可知，2XaXP = VpXVp,由對(duì)稱特性知加減速所需的脈沖量是相等的。由此a = Vmax/T ；VpXVp = aXP ；則Vp = -J PxV max/T(2)起始結(jié)束速度不為零，設(shè)起始速度為Vs，結(jié)束速度為Ve.加速段的時(shí)間為Tl，減速段的時(shí)間為T2，加速脈沖為Pl，減速脈沖為P2.按照直線加減速.Pl = VsXTl+l/2XaXTlXTl ；P2 = V X T2+1/2 X a X T2 X T2 ;P = P1+P2 ；Vp = Vs+aXTl ；Ve = Vp-aX T2 ；a = Vmax/T ；由以上可得 Vp = ^](2xPxV max/ T + VsxVs + Vex Ve) ノ 2如果Vp > = V，說明脈沖總數(shù)能夠滿足最大速度的加減速脈沖，此時(shí)按照s曲線每個(gè)周期進(jìn)行脈沖分配，當(dāng)達(dá)到最大速度后按照勻速運(yùn)動(dòng)。由于S曲線特性可知，減速脈沖與直線的加速脈沖相等。當(dāng)剩余脈沖小于或等于加速脈沖時(shí)按照S曲線減速停止。如果Vp < V，說明此時(shí)不能夠加速到目標(biāo)速度，此時(shí)以Vp為目標(biāo)速度對(duì)s曲線進(jìn)行規(guī)劃。只需將原來的函數(shù)中的目標(biāo)速度改為新的目標(biāo)速度Vp即可產(chǎn)生新的S曲線。這時(shí)根據(jù)新的曲線按照周期對(duì)脈沖進(jìn)行分配，當(dāng)速度達(dá)到Vp時(shí)減速到停止。非対稱S曲線加減速對(duì)于非対稱S曲線，采用同樣的方法即可，只是此時(shí)會(huì)有加速時(shí)間和減速時(shí)間，此時(shí)Vp的計(jì)算需要通過加速和減速所需要的脈沖之和計(jì)算。減速脈沖通過直線的減速總脈沖來規(guī)劃。此時(shí)只需將原來的函數(shù)中的目標(biāo)速度改為新的目標(biāo)速度即可產(chǎn)生新的S曲線。對(duì)稱指數(shù)加減速對(duì)于對(duì)稱指數(shù)曲線加減速，由于指數(shù)曲線加減速特性可以知道。対稱的指數(shù)加減速加速脈沖和減速需要的脈沖之和相應(yīng)加速時(shí)間的直線的脈沖總量是相等的。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到達(dá)規(guī)劃后的目標(biāo)速度時(shí)可以記錄加速脈沖，此時(shí)減速脈沖為直線加減速的總脈沖減去指數(shù)加速完成后記錄的脈沖。其它和S曲線類似。非対稱指數(shù)加減速對(duì)于非対稱的指數(shù)加減速，由于加減速脈沖總量和直線加減速的總量并不相等。假設(shè)總脈沖數(shù)P完全用于指數(shù)加減速所能達(dá)到的目標(biāo)速度為Vp，加速脈沖為P1，減速脈沖為P2，Tl和T2是機(jī)械常數(shù)，tl，t2分別為加速和減速的時(shí)間域。 下面以起始和結(jié)束速度為零為例計(jì)算，對(duì)于初始和結(jié)束速度不為零的情況方法在此基礎(chǔ)上參照s曲線的情況，由指數(shù)曲線的定義可得Pl = / VpX (l-e_tl/T1)dtl = Vp X11+Vp X11 X e_tl/T1-Vp X TIP2 = / VpX e_t2/T2) dt2 = VpX T2_Vp XT2X e_t2/T2由 P = P1+P2 ；Vp = P/ (tl+tl X e_tl/n-Tl+T2-T2 X e_t2/T2)由上式可以計(jì)算出Vp。如果Vp >= V，說明脈沖總數(shù)能夠滿足最大速度的加減速脈沖，此時(shí)按照指數(shù)曲線每個(gè)周期進(jìn)行脈沖分配，當(dāng)達(dá)到最大速度后按照勻速運(yùn)動(dòng)。此時(shí)可以提前按照根據(jù)積分計(jì)算出減速脈沖。當(dāng)剩余脈沖小于或等于減速脈沖時(shí)按照指數(shù)曲線減速停止。如果Vp < V，說明此時(shí)不能夠加速到目標(biāo)速度，此時(shí)以Vp為目標(biāo)速度對(duì)規(guī)劃指數(shù)曲線進(jìn)行加減速的規(guī)劃。這時(shí)根據(jù)新的曲線按照周期對(duì)脈沖進(jìn)行分配，當(dāng)速度達(dá)到Vp時(shí)按照規(guī)劃后的指數(shù)曲線減速到停止。驗(yàn)證結(jié)果下面是非對(duì)稱指數(shù)加減速的驗(yàn)證結(jié)果圖5為脈沖可以滿足加減速的情況，在圖中可以看到加速結(jié)束和減速結(jié)束時(shí)有ー個(gè)很小的臺(tái)階，這個(gè)主要是指數(shù)加減速時(shí)間趨于無窮大時(shí)才能達(dá)到目標(biāo)速度的特性所決定的，所以在計(jì)算中我們通過對(duì)偏差的控制，計(jì)算出到達(dá)一定偏差后就可以跳變到目標(biāo)速度。圖6中，加速度和減速度是指文中提到的Vmax/Tl和Vmax/T2，為了用戶方便封裝的，當(dāng)然也可以如文中提到的以時(shí)間作為參數(shù)。脈沖計(jì)數(shù)顯示的是整個(gè)過程中發(fā)送的總脈沖數(shù)。圖6為在圖5參數(shù)曲線的基礎(chǔ)上修改目標(biāo)位置規(guī)劃出新的曲線?？梢钥闯鲈诓荒芗铀俚侥繕?biāo)速度時(shí)也是平穩(wěn)的。盡管已經(jīng)參考實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型的ー種電機(jī)高精度控制方法進(jìn)行了說明，但是上述公開的內(nèi)容僅是為了更好的了解本實(shí)用新型，而不是以任何方式限制權(quán)利要求的范圍，故凡依本實(shí)用新型專利申請(qǐng)范圍所述的結(jié)構(gòu)、特征及原理所作的等化或修飾，均包括于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電機(jī)加減速精確控制裝置，所述控制裝置包括 信息輸入單元，用于輸入加減速控制信息，所述控制信息包括給定脈沖數(shù)，加減速時(shí)間，加減速曲線類型，目標(biāo)速度； 目標(biāo)速度判斷単元，用于提前判斷用戶所給定脈沖是否能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度； 目標(biāo)速度確定單元，用于根據(jù)目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果確定目標(biāo)速度，如果目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果為電機(jī)可以按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度，則確定目標(biāo)速度為規(guī)定的目標(biāo)速度；如果目標(biāo)速度判斷単元判斷結(jié)果為電機(jī)不能按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度，則計(jì)算確定新的目標(biāo)速度； 脈沖分配単元，用于根據(jù)目標(biāo)速度確定單元確定的目標(biāo)速度按照規(guī)定的曲線進(jìn)行脈沖分配； 信息輸出單元，用于將脈沖分配単元分配的脈沖輸出給電機(jī)。
2.如權(quán)利要求I所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述目標(biāo)速度判斷単元所述提前判斷為電機(jī)加減速之前。
3.如權(quán)利要求I所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述信息輸入單元為鍵盤輸入或者觸摸屏輸入。
4.如權(quán)利要求I所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述目標(biāo)速度判斷単元，目標(biāo)速度確定單元，脈沖分配単元可以為一體式，也可以為分體式。
5.如權(quán)利要求4所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述目標(biāo)速度判斷単元，目標(biāo)速度確定單元，脈沖分配單元為MCU或者DSP或者FPGA。
6.如權(quán)利要求I所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述輸出單元為脈沖插補(bǔ)輸出或者總線插補(bǔ)輸出。
7.如權(quán)利要求I所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述控制裝置應(yīng)用于伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)控制。
8.如權(quán)利要求I所述電機(jī)加減速精確控制裝置，其特征在于，所述控制裝置應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制卡或者運(yùn)動(dòng)控制器上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)加減速精確控制裝置，所述控制裝置包括信息輸入單元，用于輸入加減速控制信息；目標(biāo)速度判斷單元，用于提前判斷用戶所給定脈沖是否能使電機(jī)按照規(guī)定曲線加速到規(guī)定的目標(biāo)速度；目標(biāo)速度確定單元，用于根據(jù)目標(biāo)速度判斷單元判斷結(jié)果確定目標(biāo)速度；脈沖分配單元，用于根據(jù)目標(biāo)速度確定單元確定的目標(biāo)速度按照規(guī)定的曲線進(jìn)行脈沖分配；信息輸出單元，用于將脈沖分配單元分配的脈沖輸出給電機(jī)。本實(shí)用新型具備運(yùn)算量減小，解決了部分曲線加減速由于每個(gè)周期計(jì)算量過大不能實(shí)現(xiàn)的問題；在不能達(dá)到目標(biāo)速度的加減速中，也能夠規(guī)劃出完整的相應(yīng)曲線，解決了之前不能到達(dá)最大速度時(shí)產(chǎn)生的沖擊問題的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P25/02GK202634356SQ20122017312
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者崔永強(qiáng), 楊基鵬, 王曉剛 申請(qǐng)人:深圳眾為興技術(shù)股份有限公司