[發明專利]運動控制系統

有效

• 申請號: 201610985397.3
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN106647638B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 胡小春
• 申請（專利權）人: 湖南戈人自動化科技有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發明是一種運動控制系統。該系統集成了電機控制器功能。插補計算，電機控制計算被放在一個模塊之中，各軸電機共用一個插補計算?電機控制模塊，這個模塊按先后順序周期性地逐一進行各軸電機控制計算；插補計算是根據本伺服電機和與之聯動的電機的編碼器反饋的信號來進行的，得到插補計算結果之后，進行電機控制計算，計算結束后立刻將結果發送至電流環控制模塊執行輸出，完成本電機本次周期的控制。這種運動控制系統實現高速運動更高精度控制的控制。

技術領域

本發明涉及數控技術領域，特別是指一種用于高速高精度控制的運動控制系統。

背景技術

通常，加工中心或者機械手臂的運動控制系統的工作流程是：先解析代碼程序，執行代碼指令，運動插補，發送脈沖信號至伺服驅動器執行運動控制。因此，程序解析能力、插補處理能力、電機驅動器通信周期、電機驅動器內部控制周期依次構成高速運動控制效果的瓶頸。比如，在高速加工中心由于電機驅動器滯后，而無法充分伺服驅動器的性能，導致軌跡誤差加大。在機械手臂的高速運動中，由于手臂的動力學的復雜性，控制無法達到最優的效果，產生較大的振動。

目前克服瓶頸的一類解決方案是省略加工程序解析、插補處理；專利文獻1：國際公開第2001/044882號所記載的方法，在存在于數控裝置的外部的二進制數據生成裝置中，預先基于CAD數據以及切削條件，按照伺服控制的位置控制周期執行插補，將經由加減速處理以及前饋處理而生成的二進制格式的移動指令直接輸入至伺服控制部。由此，數控裝置能夠省略加工程序解析、插補處理，因此，能夠消除所述瓶頸，充分發揮伺服控制的位置控制性能。

盡管此類型的方案省略加工程序解析、插補處理，按照伺服控制的位置控制周期執行插補極大提高了伺服驅動控制的精度，也帶來了靈活性變差的缺點。比如，由于完全省略了加工程序解析處理、機械控制部處理，實現利用實時變化的信息(電動機的反饋信息等)的功能變得困難。

發明內容

按目前的嵌入式系統的計算能力，省略加工程序解析、插補處理已不能帶來多大的性能提升，按照伺服控制的位置控制周期執行插補并將結果直接輸入至伺服控制部，已經足以有效突破高速控制的瓶頸。因此，本發明提出一種按伺服控制的位置控制周期執行插補計算同時執行伺服控制的方案，每次執行各軸的電機控制，先進行一次插補計算，克服了編譯型系統靈活性差的缺點，可進一步消除高速高精度控制的瓶頸。

一種運動控制系統，包括：通訊模塊，外部存儲模塊，指令-代碼解析執行模塊，橋接模塊，協處理器模塊，插補計算-電機控制模塊，電流環控制模塊、多個電機功率驅動模塊，編碼器信號輸入模塊，IO(輸入輸出端口)控制模塊；

通訊模塊負責運動控制系統與外部的通訊，外部存儲模塊存儲代碼數據，指令-代碼解析執行模塊根據指令和代碼產生插補計算-電機控制模塊執行的運動控制指令；

插補計算-電機控制模塊，編碼器信號輸入模塊，電流環控制模塊，電機功率驅動模塊4個模塊實現伺服電機驅動控制功能；IO控制模塊負責運動控制系統IO端口的控制；

插補計算和伺服電機控制計算被放在一個模塊之中，各軸伺服電機共用一個插補計算-電機控制模塊，這個模塊按先后順序周期性地逐一進行各軸伺服電機控制計算；插補計算是根據本伺服電機和與之聯動的伺服電機的編碼器反饋的信號來進行的，得到插補計算結果之后，進行伺服電機控制計算，計算結束后立刻將結果發送至電流環控制模塊執行輸出，完成本伺服電機本次周期的控制。

所述的橋接模塊實現各模塊的橋接；所述協處理器模塊加速本系統所需的部分復雜計算和實現了部分實時控制功能；橋接模塊和協處理器模塊集成在一片FPGA芯片之中。

所述的通訊模塊，外部存儲模塊，指令-代碼解析執行模塊3個模塊由一片獨立的處理器芯片實現，這一片處理器芯片通過并口連接至橋接芯片；