一种中央网络运动控制器的布置方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种中央网络运动控制器的布置方法，采用中央拓扑并具有复数个远程设备作为系统架构，其包括以下步骤：(i)使用同步消息向处理设备提供所有系统和轴数据，数据以控制采样速率更新并且所有数据项对每个远程设备可用；(ii)中央处理设备执行行为控制和多轴轮廓与运动控制；(iii)利用中央处理设备(10)的同步消息设置时序，保持与所有设备的持续同步，并将所需低级别命令传输至远程设备。本发明专利技术为拓扑布置以及中央主设备与远程分布外围从设备之间的通信提供改进方法和设备。本发明专利技术提出的解决方案保留现有方法的所有优点，同时消除大部分缺点，从而提高性能和可靠性，并降低生产成本。

Arrangement method and control system of central network motion controller

The invention discloses a layout method of a central network controller, the central topology and has a plurality of remote devices as the system architecture, which comprises the following steps of: (I) system and to provide all axis data processing equipment using synchronous message to control the sampling rate, data update and all data items are available for each remote device (II); the central processing device executes behavior control and multi axis contouring and motion control; (III) the central processing device (10) sets a timing synchronization message and keep synchronization with all the equipment, and the low level commands are transmitted to the remote device. The present invention provides an improved arrangement and method for topology arrangement and communication between a central master device and a remote distribution peripheral from a device. The solutions proposed by the invention retain all the advantages of the existing methods, and eliminate most of the disadvantages, thereby improving performance and reliability, and reducing production costs.

【技术实现步骤摘要】
一种中央网络运动控制器的布置方法及控制系统
本专利技术涉及一种中央网络运动控制器的布置方法及控制系统。
技术介绍
现有技术提出了多种不同运动控制系统并投入商用。过去数十年来，运动控制方案的形式不断发展。性能、可靠性和成本一直是影响此类变化的主要推动因素。各种系统的特性都可以归结为这三个类别。现有技术提出的第一个也是最早的形式是(图1)所示的中央运动控制方案。此实施方式显示一个清晰的星形拓扑，其中，中央设备(也称为运动控制系统中的主控制器)连接复数个远程从设备，此环境下的从设备包括轴或驱动器。主控制器将具有轴位置和速度的可见性，从而同步所有与主控制器连接的轴。因此这种实施方式能够很好地控制电机和系统特性。需要高性能的系统通常选择此方法，尤其是需要复数个移动轴之间紧密协作的情况。但此类系统往往不够灵活，所有系统信号(反馈、放大器命令、输入/输出)需要直接连接到中央运动控制器。这对整个系统的安装、维护尤其是可靠性带来困难。此外还应注意，在现有技术讨论的系统中，电流控制机制由远程从设备执行，这导致从系统整体控制机制来看，主控制器与远程从设备之间形成紧密关联。更具体来说，每个驱动器的位置和速度由主控制器数字控制和启动，电流控制通常通过远程从设备中的模拟电路实现。这意味着，从主控制器角度来说，对电机施加的电流(即施加力以移动电机的直接因素)不可观察和控制，最终控制完全依赖远程从设备，这导致上述的系统非常僵化。中央控制方法的另一种形式是借助现有技术提出的脉冲和方向，运动控制器仅作为计算轨迹并通过脉冲和方向命令与每个驱动器通信的工具。此拓扑通过能够执行复杂操作的智能从驱动器实现，如能够自行执行位置、速度和电流回路控制。此类系统安装方便，物理布线灵活，因此可靠性更高，主控制器成本更低。但此类系统以牺牲性能为代价，多个轴实现协调运动的同步性下降，对驱动电机行为的控制降低。此外，主控制器和复数个连接从设备之间的通信简单。这导致不仅无法微调和实施特定于应用的控制算法，而且系统粒度比其他拓扑更粗糙。现有技术提出的另一个系统是分布式控制。主控制器以联网设备形式实现，可以通过标准化通信协议如CANOpen或EtherCat与智能驱动器通信。此外，智能驱动器与主控制器通信，传输主控制器在每个通信循环要求的所有相关信息，例如位置、速度、速度命令、电流、电流命令等。主控制器可以选择提供监控，通知从设备如何工作，并假定从设备能够执行相关任务，或者，以每个通信循环持续时间规定的有限方式显式控制从设备。此架构拓扑采用菊链网络。网络控制器将连接一个从驱动器/模块，每个后续从驱动器/模块将依次链接或连接，例如主设备到从设备A，从设备A到从设备B，从设备B到从设备C等。这种形式形成的解决方案更灵活，可连接的轴数量更多，并且简化布线布局。但是，此类解决方案也存在通信循环时间瓶颈导致多个轴协调性能差的缺点，这是主设备和从设备之间通信协议的固有问题。此外，此通信循环随着与系统连接的从设备数量增加而增加。随着从设备的复杂性和智能增加，实施此类系统的相关额外成本也将增加。对于需要采集或触发多轴操作信号，并要求可靠性或准确性足以适合工业或商业应用的任务，非常难以执行或者甚至无法执行。以上三种现有拓扑在性能、简单性、可靠性、制造能力、灵活性、安全性和成本方面具有各自的优缺点。此外，不限制将这三种主要形式的核心概念组合为现有技术中可以看到的某种混合架构形式。在此类提议的现有技术中，使用环链或菊链拓扑(如SyngNet架构)的中央运动控制就是一个著名混合形式。中央控制器执行位置和速度控制，而电流控制由从驱动器处理。同时，中央控制器还是联网设备，通过数字信息向从节点发送电流命令信息，与位置和速度有关的反馈信息则通过相同方式从从驱动器传输回中央控制器。这样形成的拓扑具有中央运动控制拓扑的极高响应速度，复数个驱动器之间的同步性极高，同时，由于驱动器的位置、速度、输入/输出反馈以数字通信形式发送，相比复数个电缆，接线复杂性显著降低。但是，此系统牺牲的代价是实施强健可靠系统的难度显著提高，因为菊链方式下的每个驱动器彼此连接，互相之间严重依赖，要实现所有驱动器之间的同步存在固有复杂性。鉴于以上情况，本专利技术的目的是为拓扑布置以及中央主设备与远程分布外围从设备之间的通信提供改进方法和设备。提出的解决方案保留现有方法的所有优点，同时消除大部分缺点，从而提高性能和可靠性，并降低生产成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种中央网络运动控制器的布置方法及控制系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术一种中央网络运动控制器的布置方法，采用中央拓扑并具有复数个远程设备作为系统架构，包括以下步骤：(i)使用同步消息向处理设备提供所有系统和轴数据，数据以控制采样速率更新并且所有数据项对每个远程设备可用，(ii)中央处理设备执行行为控制和多轴轮廓与运动控制，如位置、速度和电流，(iii)利用中央处理设备(10)的同步消息设置时序，保持与所有设备的持续同步，并将所需低级别命令传输至远程设备。进一步地，其中低级别命令包括所需PWM命令。进一步地，还包括通过配置远程或主设备，测量电缆传输延迟和补充延迟的步骤。进一步地，还包括通过减少并行运行串行流数量，在中央通信链路上使用并行/串行通信，以增加每个给定时钟频率通信带宽的步骤。进一步地，还包括下面的步骤：实行轴依赖算法和3D错误映射，以及根据空间位置的锁定和事件。进一步地，还包括下面的步骤：将主设备电源输送至远程设备。进一步地，还包括下面的步骤：通过不用于通信消息的电线，直接在中央通信中可编程/可配置连接反馈和/或输入输出。进一步地，其中远程电源设备无需处理设备。进一步地，其中在两侧使用逻辑设备实施中央通信链路。进一步地，其中位置反馈接口通常在远程设备上实施。进一步地，其中与远程设备的通信通常为部分菊链。进一步地，其中所有远程设备的通信与控制器并行。进一步地，其中通信为双向，半双工或全双工。进一步地，其中通信运行同步消息为循环，每个脉冲具有一个特定任务。进一步地，其中主控制器生成的消息类型包括同步消息和脱机消息，每个远程设备也向主控制器生成同步和脱机消息。进一步地，其中发送脱机消息用于配置远程设备。进一步地，其中脱机消息无需特定时序或作用。进一步地，其中从远程设备到主控制器的脱机消息是对来自主控制器的脱机消息的立即回复。进一步地，还包括安全实施步骤，用于确保不会不必要启动远程设备，从而保持远程设备彼此完全独立。进一步地，还包括下面的步骤：扩展单个主设备连接复数个远程设备的方法，使用更少主设备，彼此在中央通信链路上连接，每个具有自己的远程设备。进一步地，其中该方法不使用EtherCat，整体系统同步，一个轴发生故障时轴的独立性，以及发生此类故障时在故障轴级别和系统级别立即检测和响应。一种中央网络运动控制系统，其包括(i)一个主控制器；(ii)复数个伺服放大器(12A–12D)；(iii)复数个I/O设备(13A–13B)；(iv)复数个中央通信链路，(v)复数个接受中央通信链路的远程设备；其中，使用来自主控制器的复数个同步消息设置时序，保持伺服放大器(12A–12D)和I/O设备(13A–13B)的持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中央网络运动控制器的布置方法，采用中央拓扑并具有复数个远程设备作为系统架构，其特征在于，包括以下步骤：(i)使用同步消息向处理设备提供所有系统和轴数据，数据以控制采样速率更新并且所有数据项对每个远程设备可用；(ii)中央处理设备执行行为控制和多轴轮廓与运动控制；(iii)利用中央处理设备(10)的同步消息设置时序，保持与所有设备的持续同步，并将所需低级别命令传输至远程设备。

【技术特征摘要】
1.一种中央网络运动控制器的布置方法，采用中央拓扑并具有复数个远程设备作为系统架构，其特征在于，包括以下步骤：(i)使用同步消息向处理设备提供所有系统和轴数据，数据以控制采样速率更新并且所有数据项对每个远程设备可用；(ii)中央处理设备执行行为控制和多轴轮廓与运动控制；(iii)利用中央处理设备(10)的同步消息设置时序，保持与所有设备的持续同步，并将所需低级别命令传输至远程设备。2.如权利要求1所述的中央网络运动控制器布置方法，其特征在于，其中低级别命令包括所需PWM命令。3.如权利要求1所述的中央运动控制器布置方法，其特征在于，还包括通过配置远程或主设备，测量电缆传输延迟和补充延迟的步骤。4.如权利要求1所述的中央运动控制器布置方法，其特征在于，还包括通过减少并行运行串行流数量，在中央通信链路上使用并行/串行通信，以增加每个给定时钟频率通信带宽的步骤。5.如权利要求1所述的中央运动控制器布置方法，其特征在于，还包括下面的步骤：实行轴依赖算法和3D错误映射，以及根据空间位置的锁定和事件。6.如权利要求1所述的中央运动控制器布置方法，其特征在于，还包括下面的步骤：将主设备电源输送至远程设备。7.如权利要求1所述的中央运动控制器布置方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃亚勒萨丕尔，雷切尔多伊奇，陈泗泇，江永明，
申请(专利权)人：雅科贝思精密机电上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31