[發(fā)明專利]一種離散采樣的S曲線加減速控制方法及裝置

在審

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• 申請日: 2015-01-07
• 公開（公告）號: CN104483906A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈孟鋒;俞紅祥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種離散采樣的S曲線加減速控制方法及裝置，其特征在于：通過人機(jī)交互界面將運動參數(shù)寫入該基于現(xiàn)場可編程門陣列的加減速控制裝置；該裝置完成加減速運算配置脈沖頻率后，產(chǎn)生相應(yīng)脈沖用以驅(qū)動電機(jī)；當(dāng)輸出脈沖數(shù)等于預(yù)設(shè)脈沖數(shù)時，控制器停止輸出，電機(jī)完成走位；同時裝置還接收編碼器的反饋信號，以反映當(dāng)前電機(jī)的速度和實際的位移；本裝置利用可調(diào)分頻器來產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率的脈沖，在已知的高頻系統(tǒng)時鐘下，根據(jù)給定的離散算法來修改脈沖的頻率值，從而產(chǎn)生一連串預(yù)期頻率的脈沖，這些脈沖即可通過差分芯片直接控制伺服電機(jī)驅(qū)動器。

2.如權(quán)利要求1中所述的運動控制裝置是基于現(xiàn)場可編程門陣列為核心控制器，根據(jù)運動規(guī)劃所需實現(xiàn)的功能，采用硬件描述語言將現(xiàn)場可編程門陣列片內(nèi)邏輯設(shè)計分為四個子功能模塊：采樣周期模塊、速度控制模塊、計數(shù)比較模塊、脈沖發(fā)生模塊。

3.如權(quán)利要求1中所述的預(yù)期頻率脈沖，是通過對電機(jī)位置的實時反饋和加速度、速度的實時比較，實現(xiàn)對S曲線各變速點的判斷以改變加加速的狀態(tài)，從而通過加速度累加器和速度累加器實現(xiàn)對輸出脈沖的S曲線控制。

4.如權(quán)利要求1中所述的離散算法的基于離散采樣，系統(tǒng)設(shè)置采樣周期T_s、最高驅(qū)動速度V_s和初始速度V₀；限定加加速段、減加速段、加減速段和減減速段所用的時間相等，設(shè)為t_c，則有t_c＝N_c·T_s(N_c表示t_c時間內(nèi)的采樣周期數(shù))；勻速段所用時間為t_u，勻加速段和勻減速段所用的時間相等且設(shè)為t_d，則有t_d＝N_d·T_s(N_d表示t_d時間內(nèi)的采樣周期數(shù))；最大加速度和加速度導(dǎo)數(shù)分別為A_max和j_a，則由線性變化的加速度規(guī)律可得t_c＝A_max/j_a。

5.如權(quán)利要求2中所述的采樣周期模塊主要由一個分頻器和一個計數(shù)器組成；對該分頻器系統(tǒng)設(shè)置一個可更改的分頻系數(shù)D_T，用于對系統(tǒng)時鐘F_clk的分頻；計數(shù)器可產(chǎn)生兩個頻率相同(均為采樣頻率f_T)但不同步的觸發(fā)脈沖T_A，T_B，分別用于觸發(fā)j_a乘法器和A_t乘法器的運作，可實現(xiàn)對速度控制模塊中的兩個累加器進(jìn)行同頻異步控制。

6.如權(quán)利要求2中所述的速度控制模塊設(shè)計了j_a選擇器、A_t累加器、f_t累加器以及2個乘法器；系統(tǒng)設(shè)置一個可調(diào)加速度導(dǎo)數(shù)j_a，則j_a選擇器將對外部控制信號EN1，EN2進(jìn)行譯碼進(jìn)而選擇使用j_a，0及-j_a三個參數(shù)進(jìn)入j_a乘法器，與采樣周期值T_s相乘后，j_a乘法器輸出加速度增量J進(jìn)入A_t累加器；A_t累加器輸出的是當(dāng)前加速度值A(chǔ)(t)；A_t乘法器是將當(dāng)前加速度值A(chǔ)(t)、采樣周期T_s和脈沖當(dāng)量σ的倒數(shù)進(jìn)行相乘，輸出脈沖頻率增量Δf進(jìn)入f_t累加器；最后f_t累加器輸出預(yù)期脈沖的頻率值f(t)；速度控制模塊本質(zhì)上是改變預(yù)期脈沖的頻率值來控制速度。

7.如權(quán)利要求2中所述的脈沖發(fā)生模塊設(shè)計有鎖相環(huán)PLL、除法器、寄存器和分頻器；系統(tǒng)時鐘F_clk首先進(jìn)入PLL倍頻；在寄存器中設(shè)置32位的整型數(shù)G(其值為系統(tǒng)時鐘F_clk倍頻后的頻率值)，作為除法器的被除數(shù)；由速度控制模塊產(chǎn)生的當(dāng)前預(yù)期脈沖頻率值f(t)作為除法器的除數(shù)，其值用作可調(diào)分頻器的分頻系數(shù)；分頻器輸出實際驅(qū)動脈沖的頻率f_a(t)；經(jīng)鑒相、濾波即可發(fā)送給伺服驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)。