一種多軸伺服控制系統及魔力球矩陣的製作方法
2023-09-23 08:26:55
專利名稱：一種多軸伺服控制系統及魔力球矩陣的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機控制技木，尤其涉及一種多軸伺服控制系統及魔力球矩陣。
背景技術：
在エ業控制領域的一些伺服電機控制的多軸協同聯動裝置中，通常採用現場總線來控制多軸伺服電機，但現場總線的傳輸速度有限，且在傳輸過程中會出現數據幀丟失的情況，因此，如果軸數很多(如，中國民營企業聯合館的「活力矩陣」由1008軸組成，世博天津館的矩陣有792軸)，這樣就有可能出現第一根軸與最後一根軸之間存在延時的現象，所以，多軸(1000軸以上)伺服控制系統中軸數越多，數據傳輸越慢，同步效果越差
發明內容
本發明要解決的技術問題在幹，針對現有技術的上述多軸伺服控制系統中軸數越多，數據傳輸越慢，同步效果越差的缺陷，提供一種多軸伺服控制系統，同步效果好、響應快，且不受軸數限制。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造ー種多軸伺服控制系統，包括多個伺服電機，所述多軸伺服控制系統還包括主控制器和至少ー個從控制器，主控制器通過乙太網總線實時控制至少ー個從控制器，且主控制器和至少ー個從控制器均通過CAN總線來同步控制與其相連的伺服電機。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，每個伺服電機都匹配有伺服驅動器，主控制器和至少ー個從控制器均將其所控制的伺服電機的運行參數數據下載到相應的伺服驅動器中，然後利用同步控制幀協議通過廣播的方式分別向相應的伺服驅動器發送相應參數數據的運行指令，以控制相應伺服電機的運行。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，所述運行參數數據包括多個運動曲線，且每個運動曲線包括多個點，每個點包括組號、初始速度、目標速度、加減速時間、目標位置。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，所發送的相應參數數據的運行指令包括開始運行的組號和結束運行的組號。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，每個伺服電機都匹配有用於實現定位的編碼器。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，每個伺服電機都匹配有用於實現穩定控速的制動電阻。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，每個伺服電機都匹配有用於在啟動停止時防止伺服電機的負載滑動的抱閘。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，每個伺服電機都匹配有用於實現過載過流保護的過載過流保護模塊。在本發明所述的多軸伺服控制系統中，每個伺服電機的負載兩端分別設置有上限位行程開關和下限位行程開關。
本發明還構造一種魔力球矩陣，用於節目舞臺，所述魔力球矩陣包括使用多個伺服電機控制的多個球體，所述魔力球矩陣魔力球矩陣還包括以上所述的多軸伺服控制系統。實施本發明的技術方案，基於CAN總線技術的多軸伺服控制系統，相比現有技術中使用的現場總線，其同步效果好、響應快，且不受軸數限制。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中
圖I是本發明多軸伺服控制系統實施例一的邏輯結構 圖2是本發明多軸伺服控制系統實施例二的邏輯結構 圖3是本發明實現多軸伺服定位控制的控制模式實施例一的速度/位移曲線圖； 圖4A是本發明實現多軸伺服定位控制的控制模式實施例二的速度/時間曲線 圖4B是本發明實現多軸伺服定位控制的控制模式實施例二的位移/時間曲線 圖5A是本發明實現多軸伺服定位控制的控制模式實施例三的速度/時間曲線 圖5B是本發明實現多軸伺服定位控制的控制模式實施例三的位移/時間曲線圖。
具體實施例方式如圖I所示，在本發明多軸伺服控制系統實施例一的邏輯結構圖中，該多軸伺服控制系統包括主控制器100和至少一個從控制器200 (圖I中僅示出了一個，其它的未示出)，主控制器100通過乙太網總線來實時控制至少一個從控制器200，且主控制器100和至少一個從控制器200均通過CAN總線來同步控制與其相連的伺服電機Ml至M2000。下面舉例說明，主控制器100和從控制器200可分別為PC機，在實際應用中，假設共有5臺PC機，任意一臺PC機都可作為主控制器，但只能有一臺主控制器，其它PC機為從控制器。主控制器和從控制器之間的程序都安裝在主控制器上，主控制器通過乙太網總線實時控制從控制器，並實時讀取從控制器的狀態，例如5個節點(PC機)的掃描周期為O. 5ms，相比普通乙太網掃描周期大於10ms，能實現準確控制。在該實施例中，每個PC機分別連接有兩個CAN卡，如，主控制器100連接有CAN卡101、102，從控制器200連接有CAN卡201、202。應當說明的是，這只是本發明的一個實施例，一般PC機的PCI插槽提供了 4個CAN卡插口，且在這個基礎上還可以進行擴展，所以本發明並不限定所連接的CAN卡的數量。另外，在該實施例中，每個CAN卡連接有兩條CAN總線，每條CAN總線控制100臺伺服電機，這樣，5個PC機總共可控制2000臺伺服電機Ml至M2000。同樣需要說明的是，這只是本發明的一個實施例，理論上，一條CAN總線可以控制127臺伺服電機，所以掛在一條CAN總線上的伺服電機的數量只要不超過127都是可以的。由於CAN總線的通信速率為IMbit/s，因此可實現高速通訊，達到精確同步控制的要求。在上述實施例中，優選地，每個伺服電機都匹配有伺服驅動器，主控制器100和至少一個從控制器200 (每個PC機)均將其所控制的伺服電機的運行參數數據下載到相應的伺服驅動器中，運行參數數據包括多個運動曲線，且每個運動曲線包括多個點，每個點包括組號、初始速度、目標速度、加減速時間、目標位置。然後主控制器100和至少一個從控制器200利用同步控制幀協議通過廣播的方式分別向相應的伺服驅動器發送相應參數數據的運行指令，以控制相應伺服電機的運行。下面以運動曲線為正弦曲線作為例子進行說明，將該正弦曲線分成1028個點，一個點即為一個組,每個點都包括組號、初始速度、目標速度、力口減速時間、目標位置。當伺服驅動器所接收的開始組號為1，結束組號為1028時，伺服電機就開始讀取正弦曲線裡的I到1028個點的數據，從而控制相應伺服電機的運行。圖2是本發明多軸伺服控制系統實施例二的邏輯結構圖，該多軸伺服控制系統包括主控制器100和至少一個從控制器200(圖2中僅示出了一個，其它的未示出)，主控制器100通過乙太網總線來實時控制至少一個從控制器200，且主控制器100和至少一個從控制器200均通過CAN總線來同步控制與其相連的伺服電機。應當說明的是，雖然圖2中僅示出了一個伺服電機，但本領域技術人員應理解，其它伺服電機也匹配有相同的器件。下面僅以伺服電機Ml為例進行說明。伺服電機Ml匹配有伺服驅動器301、編碼器401、制動電阻501、抱閘601、上限位行程開關701、下限位行程開關801和過載過流保護模塊(未示出)。其中，編碼器401用於實現定位。當伺服電機處於制動或減速狀態時，整流電壓增高，能量就可消耗在制動電阻501上，因此制動電阻501可實現穩定控速。抱閘601由伺服驅動器301控制，當伺服驅動器301輸出給伺服電機Ml的轉矩達到預設值時伺服驅動器打開包閘601，可防止伺服電機的負載滑動。過載過流保護模塊用於實現過載過流保護。上限位行程 開關701和下限位行程開關801設置在伺服電機的負載的兩端，用於在負載超行程時及時停止電機以保護機械結構。在本發明的實施例中，可採用以下三種控制模式來實現多軸伺服定位控制
I)位置+速度控制模式
在該控制模式中，伺服電機的運行參數數據包括目標位置、目標速度、加速、初始速度為O，該控制模式的速度(V)/位移(S )曲線如圖3所示。2)位置+速度+時間點控制模式
在該控制模式中，伺服電機的運行參數數據包括初始速度、目標速度、加速、目標位置，該控制模式的V/T曲線、S/T曲線分別如圖4A、4B所示。3)終點位置+速度+時間點控制模式
在該控制模式中，伺服電機的運行參數數據包括初始速度、目標速度、加速、單程終點位置，該控制模式的V/T曲線、S/T曲線分別如圖5A和圖5B所示。下面說明該多軸伺服控制系統的工作原理首先，主控制器和從控制器(每個PC機)基於CAN總線協議，將伺服電機的運行參數數據下載到相應的伺服驅動器的存儲器中，例如，伺服驅動器的存儲器配置100，000組運行參數數據的存儲空間，每組數據佔用10個字節的長度。然後相應的PC機對該參數數據進行累加和校驗。在啟動伺服驅動器之前還需要首先查找原點，例如，啟動伺服驅動器運行程序，發送查找原點數據幀，伺服電機向上或向下緩慢運行，確定原點位置後，通過觸摸開關使電機停止運行，並把原點位置通過數據幀反饋回伺服驅動器；然後，選擇相應的曲線號，例如，曲線號I是一條由1028個點組成正弦曲線，選擇了曲線號I就選擇了該正弦曲線。當這些準備就緒後，就可等待接收相應PC機所發送的參數數據的組號。當伺服驅動器接收到來自相應PC機所發送的開始組號和結束組號，會讀取伺服驅動器的存儲器中所存儲的相應的運行參數數據，以控制伺服電機運行，並將伺服電機的狀態實時發送給相應的PC機。當伺服電機的轉矩達到預設值時，伺服驅動器控制抱閘打開，並根據編碼器的反饋信號，準確控制伺服電機的轉速與位置。當有過載過流發生時，伺服驅動器會啟動過載過流保護模塊，以停止運行，並將報警信號上傳給相應的PC機。當伺服電機的負載超行程時，相應的PC機會根據上限位行程開關或下限位行程開關信號停止伺服電機的運行，並發出報警信號提醒工作人員。下面是實現多軸伺服控制的部分代碼
Il讀取文本文檔數據
CFileDialog dig (TRUE,_T (〃. txt〃)，NULL,OFN_HIDEREADONLY | 0FN_OVERWRITEPROMPT, "Data Files (*· txt) | *· txt | All Files (*· *) | *· * | | ")；
Il數據下載到伺服驅動器內配置的存儲器
for (int i = O ; i < datalen/8 ; i++) // 一次發 8 字節
{
CopyMemory(sndMsg[O]. data, pData+i*8, 8); for (int j = O; j < 8; j++) // 計算校驗和
{
sum += sndMsg
· data[j];
}
DelayUs (250) ; // 延遲 250us.
ret = CanSendMsg (handle
, &sndMsg
) ;// 發送數據中貞 m_ProgressCtrl. StepIt ; // 進度條控制
}
//運行同步數據
m_FirstIndex = m_CurArray[m_SeIectGroupIndex]. FirstIndex;m_LastIndex = m_CurArray[m_SeIectGroupIndex]. LastIndex;
Il選擇的開始數據組和結束組賦值
sndMsg [O] · CAN_ID = 0x80%0x7FF; // 同步控制幀接收郵箱 ID 號 sndMsg [O]. rtr = O; // CAN 卡 RTR 位 sndMsg [O]. Ien = 7; //數據巾貞的長度 ZeroMemory (sndMsg [O]. data, 8) ; // 數據巾貞清零 sndMsg [O], data [O] = OxeO;// 自動循環運動模式 sndMsg [O]. data [I] = (m_FirstIndex & OxOOOOOOff) ;// 開始組低 8 位 sndMsg [O] · data [2] = ((m_FirstIndex & OxOOOOffOO) >> 8);//開始組中 8 位 sndMsg [O], data [3] = ((m_First Index & OxOOffOOOO) >> 16); //開始組高8 位 sndMsg [O], data [4] = (m_Last Index & OxOOOOOOff) ; // 結束組低 8 位 sndMsg [O] · data [5] = ((m_LastIndex & OxOOOOffOO) >>8); // 結束組中 8 位 sndMsg
. data [6] = ((m_LastIndex & OxOOffOOOO) >> 16); //結束組高8 位 int ret = CanSendMsg(handle
, &sndMsg
) ;// 啟動自動運動模式控制。本發明還構造一種魔力球矩陣，用於大型節目舞臺，所述魔力球矩陣包括使用多個伺服電機控制的多個球體，例如2000個直徑為15cm球體。該魔力球矩陣魔力球矩陣還包括上面任一實施例所描述的多軸伺服控制系統，在此不再贅述。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內 。
權利要求
1.一種多軸伺服控制系統，包括多個伺服電機，其特徵在幹，所述多軸伺服控制系統還包括主控制器和至少ー個從控制器，主控制器通過乙太網總線實時控制至少ー個從控制器，且主控制器和至少ー個從控制器均通過CAN總線來同步控制與其相連的伺服電機。
2.根據權利要求I所述的多軸伺服控制系統，其特徵在於，每個伺服電機都匹配有伺服驅動器，主控制器和至少ー個從控制器均將其所控制的伺服電機的運行參數數據下載到相應的伺服驅動器中，然後利用同步控制幀協議通過廣播的方式分別向相應的伺服驅動器發送相應參數數據的運行指令，以控制相應伺服電機的運行。
3.根據權利要求2所述的多軸伺服控制系統，其特徵在幹，所述運行參數數據包括多個運動曲線，且每個運動曲線包括多個點，每個點包括組號、初始速度、目標速度、加減速時間、目標位置。
4.根據權利要求3所述的多軸伺服控制系統，其特徵在於，所發送的相應參數數據的運行指令包括開始運行的組號和結束運行的組號。
5.根據權利要求I至4任一項所述的多軸伺服控制系統，其特徵在於，每個伺服電機都匹配有用於實現定位的編碼器。
6.根據權利要求I至4任一項所述的多軸伺服控制系統，其特徵在於，每個伺服電機都匹配有用於實現穩定控速的制動電阻。
7.根據權利要求I至4任一項所述的多軸伺服控制系統，其特徵在於，每個伺服電機都匹配有用於在啟動停止時防止伺服電機的負載滑動的抱閘。
8.根據權利要求I至4任一項所述的多軸伺服控制系統，其特徵在於，每個伺服電機都匹配有用於實現過載過流保護的過載過流保護模塊。
9.根據權利要求I至4任一項所述的多軸伺服控制系統，其特徵在幹，每個伺服電機的負載兩端分別設置有上限位行程開關和下限位行程開關。
10.ー種魔力球矩陣，用於節目舞臺，所述魔力球矩陣包括使用多個伺服電機控制的多個球體，其特徵在於，所述魔力球矩陣魔力球矩陣還包括權利要求1-9任一項所述的多軸伺服控制系統。
全文摘要
本發明公開了一種多軸伺服控制系統及魔力球矩陣，該多軸伺服控制系統包括多個伺服電機、主控制器和至少一個從控制器，主控制器通過乙太網總線實時控制至少一個從控制器，且主控制器和至少一個從控制器均通過CAN總線來同步控制與其相連的伺服電機。本發明還構造一種魔力球矩陣。實施本發明的技術方案，基於CAN總線技術的多軸伺服控制系統，相比現有技術中使用的現場總線，其同步效果好、響應快，且不受軸數限制。
文檔編號G05B19/418GK102819242SQ201110150948
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者李明, 戎志剛, 劉道強, 丁亮, 劉輝 申請人:深圳華強數碼電影有限公司