一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动的控制方法技术

发明专利技术公开了一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动控制方法，最终目的是向各轴的伺服驱动输出脉冲序列及方向信号。通过计算确定脉冲输出时间及方向；根据各轴最大运动速度和输入脉冲范围，确定大小时钟周期，将时间和方向信号转换为脉冲方向数，以二维数组的形式存放在数据文件中；数控装置读取、解析数据文件中二维数组格式的脉冲方向数，经过其开关及定时器，以大周期时钟为同步信号，不间断地将二维数组格式的脉冲方向数转换为脉冲及方向信号，输出给各轴的伺服驱动，完成轨迹运动。本发明专利技术通过计算和硬件同步输出方式，实现了高速与高精度多轴同步运动控制，并且通过高速提高了加工效率，高精度提高了产品的加工质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动的控制方法
本专利技术涉及数控
，特别是一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动控制方法。
技术介绍
数控技术是采用数字控制方法对位置、角度、速度等物理量及其他开关量实现自动控制技术，是现代先进制造技术的重要组成部分。数控系统一般都是指计算机数控系统，是用计算机实现数值控制的系统。计算机数控系统主要包括输入输出装置、数控装置和伺服驱动三部分，这是数控技术的核心。一般的计算机数控系统都有插补器，简单的有直线插补和圆弧插补，复杂的有螺旋线插补、样条曲线插补等。插补的目的是将曲线的起点、终点之间的轨迹进行数据密化。一般采用软、硬件插补相结合的方法，软件完成粗插补机数据增量插补，硬件完成精插补及脉冲增量插补。插补的最终结果是想各轴输出脉冲序列及相应方向信号，每个脉冲代表最小位移及脉冲当量，脉冲数量代表运动的位移量，脉冲的频率代表运动的速度。目前的CNC系统，因插补给实现高速高精度带来了不利影响：粗插补的近似处理带来位移的误差，不利高精度。如专利：基于插补精度和加速度限制的变插补周期曲线插补方法(CN201210369252.2)，用大量微小直线段逼近待插补曲线，带来位移的误差。精插补将相邻输出脉冲间隔处理成插补周期的整数倍，带来时间的误差，不利高精度。如专利：一种高精度变插补周期的多轴联动运动控制方法(CN201310238069.3)，粗插补周期虽可变，精插补周期是固定的，带来时间的误差。插补在线运算影响了插补周期的缩短，不利高速度。如果能规避插补的不足，高速精确地给各轴输出脉冲序列，对实现CNC系统的高速高精度加工有重要意义。
技术实现思路
为了解决上述问题中出现的位移误差，时间误差，在线运算影响了插补周期等问题，本专利技术提供了一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动的控制方法，弥补了上述问题的缺陷，实现各轴输出脉冲序列的高速高精度。通过离线计算，获得各轴按先后顺序排列的脉冲方向数，组成一个二维数组存入数据文件中，作为计算机数控系统的输出信息，数控装置根据数据文件中的数据给各轴的伺服驱动高速精确地输出脉冲序列和方向。具体方案如下：一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动控制方法，包括以下步骤：通过计算确定各轴脉冲输出的时间和方向；通过各轴最大运动速度及各轴输入脉冲频率，确定大、小时钟周期；将所述时间和所述方向转换为脉冲方向数；将所述脉冲方向数转换为二维数组的格式，存入到数据文件中；数控装置读取数据文件，解析获得二维数组格式的脉冲方向数；数控装置根据大周期时钟为同步信号，经过开关及定时器不间断地将所述二维数组格式的脉冲方向数转换为脉冲及方向信号，其中所述数控装置包括两个开关和一个定时器；将所述脉冲及方向信号输出给各轴的伺服驱动，完成单条轨迹运动。具体地，所述各轴脉冲输出的时间和方向是根据轨迹、速度、加速度及各轴脉冲当量，通过计算获得。具体地，所述脉冲方向数长度用字节长度表示，字节长度至少包括以下之一：8bit、16bit、24bit或32bit。具体地，脉冲方向数中最高位的1bit表示方向信号，其余位用来表示小时钟周期数。具体地，所述大时钟周期为小时钟周期的N1倍，以最快的速度移动的脉冲当量所需时间为小时钟周期的N2倍，N1小于N2，保证每轴在每个大时钟周期内输出的脉冲最多只有一个。具体地，所述数据文件包含多个单条轨迹的数据。具体地，所述两个开关中，一个开关受脉冲方向数的方向控制，用于给各轴的伺服驱动输出方向信号；另一个开关受脉冲输出时刻控制，在大时钟周期内有脉冲输出时，开关处于打开状态，定时器开始工作，在大时钟周期内没有脉冲输出时，开关处于关闭状态，定时器停止工作。具体地，数控装置通过DMA及双缓冲区方式载入内存。具体地，所述双缓冲区方式是将内存缓冲区分为上下两个半区，先将所述数据文件中的数据填充上半区，在上半区的数据传输到数控装置中的同时，数据文件中的数据填充入下半区，当下半区的数据传输到数控装置中的同时，数据文件中的数据填充上半区，如此循环，直至将数据文件中表示单段轨迹的二维数组传输完。本专利技术的有益效果如下：运动精度高，离线计算可采用各种复杂的算法，保证各轴各脉冲输出的位移精度和时间精度，双时钟方式输出各轴的脉冲，在不降低输出周期的同时提高了各轴输出脉冲的精度，增加了产品的加工品质；运动速度快，不需要在线计算，硬件输出可实现很高的输出频率，提高了加工效率；且便于多轴同步控制，只要按大时钟频率将数据文件中的二维数组经各轴的开关及定时器输出到各轴的伺服驱动，就能实现；设备成本低，离线计算放在设计阶段进行，数控装置不需要插补器。附图说明图1为本专利技术实施例的双轴联动位移图；图2a为本专利技术实施例的合速度时间图；图2b为本专利技术实施例的X轴速度时间图；图2c为本专利技术实施例的Y轴速度时间图；图2d为本专利技术实施例的X轴方向时序图；图2e为本专利技术实施例的X轴脉冲时序图；图2f为本专利技术实施例的Y轴方向时序图；图2g为本专利技术实施例的Y轴脉冲时序图；图3为本专利技术实施例的二维数组序列图；图4为本专利技术实施例提供的一种多轴同步运动的控制方法流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动成果前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图4为本专利技术实施例提供的一种多轴同步运动的控制方法的流程图，如图4所示，该方法具体包括：S101、确定各轴脉冲输出的时间和方向；在本实施例中，X轴与Y轴组成直角坐标系，从原点出发，初速度为0，以40m/s2的加速度运动5μm，匀速运动5μm，再以-40m/s2的加速度运动5μm，运动到坐标(12,9)停止；然后，反向以40m/s2的加速度运动5μm，匀速运动5μm，再以-40m/s2的加速度运动5μm，运动到原点停止，如图1所示；X轴最高速率为16mm/s，Y轴最高速率为12mm/s，通过离线计算，获得合速度时间图，X轴速度时间图和Y轴速度时间图，如图2a、2b、2c所示。S102、通过各轴最大运动速度及各轴输入脉冲频率，确定大、小时钟周期；由于多轴运动轨迹的各轴输出脉冲不一定同步，每个轴都要有各自的数据文件，数控装置要分别处理各轴的脉冲和方向，这样不利于同步控制，也增加数控装置的复杂性。为了便于多轴实现同步运动，所以选用了大时钟周期和小时钟周期对脉冲输出时刻进行描述。因为脉冲输出时刻决定了控制精度，脉冲频率由最大运动速度决定，单用小时钟周期输出，小时钟控制精度，但是数据量大，单用大时钟周期输出，控制精度差，两者结合用大、小双时钟周期输出可兼顾速度与精度。S103、将所述时间和所述方向转换为脉冲方向数；脉冲在大时钟周期内相对开始时刻出现的时刻是可变的，其值设为小时钟周期的nij倍，nij的值为0至N1，nij为0时其间无脉冲出现。将nij与1bit的相应方向信号组成脉冲方向数pdij，组成一个二维数组，完全描述单段轨迹对应各轴的运动；设两轴的脉冲当量为1μm，取小时钟的周期为T1，T1值为0.5μs,大时钟的周期为T2，T2值为50μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过计算确定各轴脉冲输出的时间和方向；通过各轴最大运动速度及各轴输入脉冲频率，确定大、小时钟周期；将所述时间和所述方向转换为脉冲方向数；将所述脉冲方向数转换为二维数组的格式，存入到数据文件中；数控装置读取数据文件，解析获得二维数组格式的脉冲方向数；数控装置以大周期时钟为同步信号，经过开关及定时器不间断地将所述二维数组格式的脉冲方向数转换为脉冲及方向信号，其中，所述数控装置包括两个开关和一个定时器；将所述脉冲及方向信号输出给各轴的伺服驱动，完成单条轨迹运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于双时钟的高速高精度多轴同步运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：通过计算确定各轴脉冲输出的时间和方向；通过各轴最大运动速度及各轴输入脉冲频率，确定大、小时钟周期；将所述时间和所述方向转换为脉冲方向数；将所述脉冲方向数转换为二维数组的格式，存入到数据文件中；数控装置读取数据文件，解析获得二维数组格式的脉冲方向数；数控装置以大周期时钟为同步信号，经过开关及定时器不间断地将所述二维数组格式的脉冲方向数转换为脉冲及方向信号，其中，所述数控装置包括两个开关和一个定时器；将所述脉冲及方向信号输出给各轴的伺服驱动，完成单条轨迹运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲输出的时间和方向是根据轨迹、速度、加速度及各轴的脉冲当量，计算获得。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脉冲方向数长度用字节长度来表示，所述字节长度至少包括以下之一：8bit、16bit、24bit或32bit。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，脉冲方向数长度中最高位的1bit表示方向信号，其余位表示小时钟周期数。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红才，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11