[發明專利]一種運動控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201610916139.X
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106292472B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 王常虹;夏紅偉;張寒冰;馬廣程;解偉男;溫奇詠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;哈爾濱工大瑞馳高新技術有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 黃啟行,張璐

技術領域

本發明涉及伺服系統運動控制技術領域，尤其涉及一種運動控制方法及裝置。

背景技術

在高精度伺服系統中，光柵傳感器常用于采集待測目標的位置信息。按運動形式分，光柵傳感器可分為直線型和旋轉型。其中，直線型光柵傳感器主要由光柵尺和讀數頭構成，旋轉型光柵傳感器主要由碼盤和讀數頭構成。在實際使用光柵傳感器時，用戶只需按照固定的時鐘頻率向讀數頭發送脈沖信號，讀數頭就會將封裝好的數據返回給用戶。但是，如果用戶想要得到待測目標的角度信息，則還需要對讀數頭的數據進行采集。

在現有技術中，運動控制器可以針對光柵進行數據采集、并進行高精度的伺服控制。但是，現有的運動控制器價格昂貴，即使便宜的也高達幾萬元。另外，現有的運控控制器因其復雜的結構和復雜的控制算法，基本上很難用于對實時性要求很高的系統。

針對現有的運動控制器存在的結構復雜、實時性差、成本高的缺陷，亟需一種通用性強、結構簡單、成本低、實時性高，能適用于多種絕對式光柵和增量式光柵的運動控制方法和裝置。

發明內容

本發明的目的在于提出一種通用性強、實時性高、精度高的運動控制方法及裝置。

一方面，本發明提供了一種運動控制方法，所述方法包括：

S1、第一信號轉換器將外部編碼器采集的差分數據信號轉換為單端數據信號，并將所述單端數據信號發送至FPGA解碼器；

S2、FPGA解碼器對所述單端數據信號進行解碼，并將解碼得到的數據信號發送至ARM控制器；

S3、ARM控制器通過主定時器模塊讀取所述解碼得到的數據信號以及上位機發送的控制參數，并根據預設的復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轉換器；所述復合控制算法由PID閉環控制、前饋控制構成；

S4、DA轉換器將所述控制輸出量由數字量形式轉變為模擬量形式，然后將其輸出至電機驅動器；

其中，所述ARM控制器裝載有UCOSII操作系統。

優選的，在步驟S3中，所述ARM控制器通過主定時器模塊讀取所述解碼得到的數據信號以及上位機發送的控制參數，具體包括：

讀取上位機發送的控制參數，并判斷ARM控制器中的控制參數是否改變；若控制參數改變，則對ARM控制器重新進行初始化；若控制參數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據信號、并將其轉換為角度數據。

優選的，在步驟S3中，所述主定時器模塊根據預設的復合控制算法獲取控制輸出量，具體包括：

根據所述角度數據獲取位置反饋數據，并對所述位置反饋數據進行一階濾波獲取速度反饋數據；

根據電機運行模式調用相應的軌跡規劃函數，計算位置期望數據；其中，所述軌跡規劃函數為梯形規劃函數或三角形規劃函數；

根據所述位置反饋數據、位置期望數據計算位置環偏差，并將所述位置環偏差輸入PID位置閉環，以獲取位置環PID控制量；

對所述位置環PID控制量進行二階濾波，獲取速度期望數據；

根據所述速度反饋數據、速度期望數據計算速度環偏差，并將所述速度環偏差輸入PID速度閉環，以獲取速度環PID控制量。

優選的，所述一階濾波具體為：

式中，Δv為速度反饋數據，s₁為當前時刻的角度增量，s₂為與s₁相鄰的前一時刻的角度增量、s₃為與s₂相鄰的前一時刻的角度增量、s₄為與s₃相鄰的前一時刻的角度增量。

優選的，所述根據所述角度數據獲取位置反饋數據，具體包括：

判斷當前采集的角度數據是否正確；若當前采集的角度數據正確，則將錯誤計數清零，并將當前采集的角度數據作為當前的位置反饋數據；若當前采集的角度數據錯誤，則將錯誤計數加1，并且，在連續出錯次數小于100次時，用前一時刻的位置反饋數據作為當前的位置反饋數據。

優選的，在當前采集的角度數據錯誤時，所述方法還包括：若連續出錯次數大于等于100次，則令ARM控制器進入緊急停車模式，以使控制輸出量為0。

優選的，在獲取速度反饋數據之后，且在計算位置期望數據之前，所述方法還包括：根據所述速度反饋數據判斷電機是否超速；若電機未超速，則將超速計數清零；若電機超速，則將超速計數加1；并且，在連續超速次數大于100次時，令ARM控制器進入緊急停車模式，以使控制輸出量為0。