[發明專利]一種基于實時控制器的多軸伺服控制系統

有效

• 申請號: 201810610459.1
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108663993B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 韓非;任兆廷
• 申請（專利權）人: 商飛信息科技（上海）有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414;G05B19/042
• 代理公司: 上海驍象知識產權代理有限公司 31315
• 代理人: 趙俊寅

1.一種基于實時控制器的多軸伺服控制系統，包括電機，所述電機用于向機器人或數控機床提供工作動力，其特征在于，還包括伺服驅動器、實時控制器以及上位機，所述實時控制器，包括對外開放的多種功能模塊，用于執行控制算法程序生成控制量信息；所述伺服驅動器，用于根據所述控制量信息驅動所述電機控制所述機器人或數控機床的工作并反饋實際位置信息，其中所述伺服驅動器的工作模式包括力矩模式、速度模式和位置模式；所述上位機，用于顯示并保存所述實時控制器的控制量信息和所述伺服驅動器反饋的實際位置信息；

所述實時控制器包括程序執行模塊和接口模塊，所述程序執行模塊執行控制算法程序生成控制量信息并通過接口模塊發送給所述伺服驅動器和上位機；

所述程序執行模塊包括伺服使能單元、G代碼編譯單元、速度規劃模塊單元、數控插補單元、運動學逆解單元、單軸運動控制單元、輪廓誤差控制單元和編碼器反饋單元；

伺服使能單元，用于向伺服驅動器提供使能信號和抱閘信號；

G代碼編譯單元，用于編譯控制算法程序并獲取控制量信息；

速度規劃單元，用于根據控制量信息規劃各個采樣時刻所需的進給切向速度；

數控插補單元，用于接收所述速度規劃單元所規劃的合成進給線速度，并在在笛卡爾坐標系下生成運動軌跡；

運動學逆解單元，用于逆解所述運動軌跡到各個運動軸上；

單軸控制單元，用于根據所述運動學逆解單元的逆解結果向所述伺服驅動器輸出單軸控制信息，控制所述機器人或數控機床的單軸運動，所述單軸控制信息包括力矩信號、速度信號、位置信號和方向信號；

輪廓誤差控制單元，用于進行連續軌跡運動的輪廓誤差估計、交叉耦合控制和基于坐標系變換的輪廓誤差控制，并將輪廓誤差控制量補償到單軸控制單元中；

編碼器反饋單元，用于采集所述伺服驅動器和電機的位置信號，并發送給所述上位機和實時控制器；

所述接口模塊包括模擬量轉數字量接口(AD)、數字量轉模擬量接口(DA)、增量式編碼器接口、旋轉變壓器接口、RS232/485/422接口、CAN接口、PWM接口、三相橋式逆變專用PWM接口以及數字量輸入輸出接口；

所述上位機通過TCP/IP與所述實時控制器進行通信，所述實時控制器通過RS232/485/422接口與所述伺服驅動器進行通信；

所述伺服驅動器包括增量式編碼器單元，用于獲取所述機器人或數控機床的各個運動軸的實際位置信息；

當所述伺服驅動器工作在力矩模式時，所述伺服驅動器進行電流閉環控制，所述實時控制器進行電流環控制和位置環控制，并向伺服驅動器發送力矩信號，獲取所述增量式編碼器單元反饋的實際位置信息，所述單軸控制單元對所述機器人或數控機床進行位置閉環控制和速度閉環控制，通過所述數字量轉模擬量(DA)接口向所述伺服驅動器發送力矩信號；

當所述伺服驅動器工作在速度模式時，所述伺服驅動器進行電流閉環控制和速度閉環控制，所述實時控制器進行位置環控制，并向所述伺服驅動器發送速度信號，獲取所述增量式編碼器單元反饋的實際位置信息，所述單軸控制單元對所述機器人或數控機床進行位置閉環控制，通過所述數字量轉模擬量接口(DA)向所述伺服驅動器發送速度信號；

當所述伺服驅動器工作在位置模式時，所述伺服驅動器進行電流閉環控制、速度閉環控制和位置閉環控制，所述實時控制器向所述伺服驅動器發送位置信號和方向信號，獲取所述增量式編碼器單元反饋的實際位置信息，所述單軸控制單元通過所述PWM接口向所述伺服驅動器發送位置信號和方向信號；

所述實時控制器為dSPACE實時控制器；

所述控制算法程序為在Matlab/Simulink開發環境中編寫和編譯，并通過dSPACE開發環境的Control Desk軟件下載到所述實時控制器中執行。