[發明專利]步進電機低延遲同步內組網運動控制系統

有效

• 申請號: 201810541875.0
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108762146B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 游彬;程林;舒全回;黃發良;陳道名
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 33240 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 黃前澤

本發明公開步進電機低延遲同步內組網運動控制系統。本發明通過無線通訊模塊實現多軸運動系統中驅動器的無線化控制，上位機發送控制命令數據至中央控制器，由中央控制器解析命令通過無線通訊模塊發送給次級步進電機控制器，當命令為電機運動控制命令時使用同步仲裁算法對命令進行應答處理，在系統內組網實現低延遲同步化。將傳統的多軸運動系統實現廣域無線化，避免了廣域多軸運動系統裝置過程中長線纜布置以及外界電磁干擾的引入。同時在系統內組網實現同步指令并發與回收，有效避免了信道阻塞以及運動假點現象，最大限度保證了系統運行的同步性以及系統精度。

技術領域

本發明涉及數控與自動化領域，具體涉及一種廣域多軸步進電機運動系統的低延遲同步無線內組網系統，通過同步仲裁算法實現系統的低延遲同步化，保證系統中各次級電機的運動同步，保證了系統精度，實現多軸運動系統的無線化，從而實現廣域多軸步進電機運動系統。

背景技術

運動控制系統是一種利用數字信號對執行機構的位移、速度、加速度、和動作順序等實現自動控制的控制系統，廣泛應用于機器人、智能化加工技術和CAD技術，包括各類數控檢測設備、數控技工設備、串并聯機器人等自動化設備。運動控制系統的實現，目前多采用嵌入式控制器和基于PC的控制器的形式。

目前針對運動控制系統，為了保證高可靠度，驅動器與主控制器仍然是采用板上連接和有線連接。但是針對廣域多軸運動系統，主控制器與驅動器之間若采用有線的方式連接，則限制了系統的廣域實現，另一方面隨著主控制器與驅動器之間的距離變遠，線纜所受到的干擾也會增加，使用無線內組網的方式可以解決系統廣域的局限，但其對無線組網系統則有著較高的要求，除了要滿足系統的實時性，也要滿足的電機運動的同步性。本系統設計了一種基于命令同步仲裁的低延遲同步通信協議，保證了運動的同步性，系統的延遲則由無線通訊的收發延遲所決定。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于低延遲同步無線組網所實現的廣域多軸步進電機運動系統。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種基于無線組通信的低延遲同步多軸步進電機運動控制器系統，包括獨立且唯一的上位機，用于接收上位機控制命令并反饋信息給上位機的唯一中央控制器，n個用于接收中央控制器控制命令并反饋信息給中央控制器的次級步進電機控制器(1≤n≤8)，上位機與中央控制器之間通過usb協議的接口實現通信和連接，中央控制器與次級步進電機控制器之間通過無線信號通訊。

所述的中央控制器包括arm處理器、無線通訊模塊以及以控制器為核心的外圍模塊；中央控制器通過usb接口接收上位機發送的控制命令，處理后通過無線通訊模塊發送給所有次級步進電機控制器；接收應答次級步進電機控制器通過無線通訊模塊傳送的同步應答信息后觸發第二次控制命令，同時中央控制器將當前應答次級步進電機的位置信息反饋給上位機；

所述的控制命令為運動系統的配置參數、電機控制命令、查詢命令或急停命令；所述的中央控制器接收上位機發送的控制命令(G代碼)后進行處理，若解析數據為運動系統配置參數、查詢命令或急停命令，中央控制器直接將其處理打包成固定格式數據包，通過無線通訊模塊發送給次級步進電機控制器；若解析數據為電機控制命令，具體為解析出控制電機的一系列命令，中央控制器通過同步仲裁算法處理打包成固定格式數據包，通過無線通訊模塊發送給次級步進電機控制器；上述中央控制器發送給次級步進電機控制器的運動系統配置參數包含且不局限于以下：無線通訊模塊收發切換時間參數、步進電機驅動模塊芯片細分數、步進電機運行的最大最小以及默認頻率或速度。