一种基于总线的分布式运动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于总线的分布式运动控制系统，其包括有：一主站控制器，用于生成运动控制参数，并发送所述运动控制参数；多个从站设备，所述主站控制器通过总线方式连接于多个从站设备，所述从站设备用于接收主站控制器发送的运动控制参数，所述从站设备用于根据运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，并驱动电机运行。本发明专利技术能够简化主站的运动控制算法，降低主站的运算量，充分利用从站的控制优势和计算性能，进而提高系统的工作效率，提高控制过程的可靠性与稳定性。

A distributed motion control system and method based on bus

The present invention discloses a distributed motion control system based on a bus, which includes a master station controller for generating motion control parameters and sending the motion control parameters; a plurality of slave stations, the master station controller is connected to a plurality of slave station devices by bus, and the slave station device is used to receive the master. The station controller sends the motion control parameters, and the slave station equipment is used to calculate the real-time position data, speed data and / or torque data of the motor according to the motion control parameters, and drive the motor to run. The invention can simplify the motion control algorithm of the main station, reduce the operation amount of the main station, make full use of the control advantage and calculation performance of the slave station, and then improve the working efficiency of the system, and improve the reliability and stability of the control process.

【技术实现步骤摘要】
一种基于总线的分布式运动控制系统及方法
本专利技术涉及工业自动化领域中机器人的电机运动控制系统，尤其涉及一种基于总线的分布式运动控制系统及方法。
技术介绍
目前，在工业运动控制中，现场总线已经是一种应用很广泛的通讯方式。目前主流的基于总线的运动控制方案，是在控制器中进行位置、速度或转矩运算，并通过总线周期性的将其发送给从站驱动器。现有的技术文献参见：公开号为“CN106125676A”的中国专利技术专利申请说明书中公开了一种机器人控制系统，该系统基于主流的总线运动控制方案，利用高性能处理器来完成大量计算。公开号为“CN107203177A”的中国专利技术专利申请说明书中公开了一种基于FPGA的多轴运动控制系统，该系统使用ARM芯片作为运动控制的控制器，FPGA芯片作为运动控制的数据处理器，利用FPGA的高性能控制8个从轴运行。请参照图1，上述方案存在以下几点问题：首先，控制器100需要针对每个从站101进行大量的位置计算，这种计算在每个控制周期中都要进行，随着总线上挂载的从站101设备增多，计算量会呈线性成倍增加，最终将超出控制器100的运算能力，为了解决这个问题，只能不断升级处理器性能；其次，控制器100为了完成大量的位置计算，只能增大控制周期，控制器100的精度和性能会大大降低；由于控制器100要同时维护位置计算、总线主站和PLC逻辑，总线分配的硬件资源不够，会导致总线的出错概率增大，导致对从站101的控制出错；此外，虽然半导体技术发展迅猛，嵌入式处理器的运算能力越来越强，但是在很多应用场景中，从站101的数量较多，从站101的运动控制计算，消耗了大量的处理器资源，为了解决这个问题，只能采用升级处理器性能或者增大控制周期的手段，对控制器100的成本和性能造成很大的压力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种基于总线的分布式运动控制系统及方法，该系统和方法能够简化主站的运动控制算法，降低主站的运算量，充分利用从站的控制优势和计算性能，进而提高系统的工作效率，提高控制过程的可靠性与稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种基于总线的分布式运动控制系统，其包括有：一主站控制器，用于生成运动控制参数，并发送所述运动控制参数；多个从站设备，所述主站控制器通过总线方式连接于多个从站设备，所述从站设备用于接收主站控制器发送的运动控制参数，所述从站设备用于根据运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，并驱动电机运行。优选地，所述主站控制器包括有ARM处理器、PLC控制模块和主站总线通讯模块。优选地，所述主站控制器生成的运动控制参数包括有运动位置数据、运动模式数据、加速时间数据和/或减速时间数据。优选地，所述从站设备包括有运动控制模块、驱动模块和从站总线通讯模块。优选地，所述主站控制器对应多个从站设备而设有地址映射表，所述主站控制器根据所述地址映射表向指定的从站设备发送数据包，所述从站设备获取数据包中的运动控制参数，并将所述运动控制参数传递给运动控制模块，所述运动控制模块根据所述运动控制参数计算得出电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据并加载于驱动模块，以供所述驱动模块驱动电机运行。优选地，所述主站控制器与多个从站设备通过EtherCAT总线协议建立拓扑结构。一种基于总线的分布式运动控制方法，该方法基于一系统实现，所述系统包括有一主站控制器及多个从站设备，所述主站控制器通过总线方式连接于多个从站设备，所述方法包括有：步骤S1，所述主站控制器生成运动控制参数；步骤S2，所述主站控制器将所述运动控制参数发送至指定的从站设备；步骤S3，所述从站设备接收所述运动控制参数；步骤S4，所述从站设备根据所述运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据；步骤S5，所述从站设备根据步骤S4中的计算结果驱动电机运行。优选地，所述主站控制器包括有ARM处理器、PLC控制模块和主站总线通讯模块，所述从站设备包括有运动控制模块、驱动模块和从站总线通讯模块。优选地，所述步骤S1中，所述主站控制器生成的运动控制参数包括有运动位置数据、运动模式数据、加速时间数据和/或减速时间数据。优选地，所述步骤S2中，所述主站控制器对应多个从站设备而设有地址映射表，所述主站控制器根据所述地址映射表向指定的从站设备发送数据包；所述步骤S4中，所述从站设备获取数据包中的运动控制参数，并将所述运动控制参数传递给运动控制模块，所述运动控制模块根据所述运动控制参数计算得出电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据并加载于驱动模块，以供所述驱动模块驱动电机运行。本专利技术公开的基于总线的分布式运动控制系统中，所述主站控制器生成运动控制参数后，将所述运动控制参数发送至指定的从站设备，所述从站设备接收所述运动控制参数后，根据所述运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，进而驱动电机运行。相比现有技术而言，本专利技术将大量的运动控制算法放在从站设备中，使得从站的控制优势和计算性能得到充分利用；同时，本专利技术降低了主站控制器的计算压力，主站只需专注于运动逻辑控制，从站数量的增加带来的计算量增加将大大降低，控制周期亦可降低，控制器的性能得到最大的发挥；其次，基于本专利技术的运动控制方案，控制器分配给总线主站的资源将大大增加，主站的可靠性和稳定性能得到保证；此外，本专利技术降低了对控制器的硬件平台的要求，同样的性能，采用这种方案的控制器成本较低。基于上述特性可见，本专利技术在机器人运动控制领域取得了突出的进步，适合在本领域内推广应用，并具有较好的应用前景。附图说明图1为现有技术中机器人控制系统的组成框图。图2为本专利技术基于总线的分布式运动控制系统组成框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作更加详细的描述。本专利技术公开了一种基于总线的分布式运动控制系统，请参照图1，其包括有一主站控制器1及多个从站设备2，其中：所述主站控制器1用于生成运动控制参数，并发送所述运动控制参数；所述主站控制器1通过总线方式连接于多个从站设备2，所述从站设备2用于接收主站控制器1发送的运动控制参数，所述从站设备2用于根据运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，并驱动电机运行。上述系统中，所述主站控制器1生成运动控制参数后，将所述运动控制参数发送至指定的从站设备2，所述从站设备2接收所述运动控制参数后，根据所述运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，进而驱动电机运行。相比现有技术而言，本专利技术将大量的运动控制算法放在从站设备中，使得从站的控制优势和计算性能得到充分利用；同时，本专利技术降低了主站控制器的计算压力，主站只需专注于运动逻辑控制，从站数量的增加带来的计算量增加将大大降低，控制周期亦可降低，控制器的性能得到最大的发挥；其次，基于本专利技术的运动控制方案，控制器分配给总线主站的资源将大大增加，主站的可靠性和稳定性能得到保证；此外，本专利技术降低了对控制器的硬件平台的要求，同样的性能，采用这种方案的控制器成本较低。基于上述特性可见，本专利技术在机器人运动控制领域取得了突出的进步，适合在本领域内推广应用，并具有较好的应用前景。本实施例中，所述主站控制器1包括有ARM处理器、PLC控制模块和主站总线通讯模块。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，包括有：一主站控制器(1)，用于生成运动控制参数，并发送所述运动控制参数；多个从站设备(2)，所述主站控制器(1)通过总线方式连接于多个从站设备(2)，所述从站设备(2)用于接收主站控制器(1)发送的运动控制参数，所述从站设备(2)用于根据运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，并驱动电机运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，包括有：一主站控制器(1)，用于生成运动控制参数，并发送所述运动控制参数；多个从站设备(2)，所述主站控制器(1)通过总线方式连接于多个从站设备(2)，所述从站设备(2)用于接收主站控制器(1)发送的运动控制参数，所述从站设备(2)用于根据运动控制参数计算电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据，并驱动电机运行。2.如权利要求1所述的基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，所述主站控制器(1)包括有ARM处理器、PLC控制模块和主站总线通讯模块。3.如权利要求1所述的基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，所述主站控制器(1)生成的运动控制参数包括有运动位置数据、运动模式数据、加速时间数据和/或减速时间数据。4.如权利要求1所述的基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，所述从站设备(2)包括有运动控制模块(20)、驱动模块(21)和从站总线通讯模块。5.如权利要求4所述的基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，所述主站控制器(1)对应多个从站设备(2)而设有地址映射表，所述主站控制器(1)根据所述地址映射表向指定的从站设备发送数据包，所述从站设备获取数据包中的运动控制参数，并将所述运动控制参数传递给运动控制模块(20)，所述运动控制模块(20)根据所述运动控制参数计算得出电机的实时位置数据、速度数据和/或转矩数据并加载于驱动模块(21)，以供所述驱动模块(21)驱动电机运行。6.如权利要求1所述的基于总线的分布式运动控制系统，其特征在于，所述主站控制器(1)与多个从站设备(2)通过EtherCAT总线协议建立拓扑结构。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清池，高大林，王志峰，杨蒙，
申请(专利权)人：深圳市微秒控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44