一種多軸聯動運動控制器的製作方法

2023-06-22 23:49:11 1

專利名稱：一種多軸聯動運動控制器的製作方法
技術領域：
本發明屬計算機控制領域，特別是一種多軸聯動運動控制器。
背景技術：
多軸運動控制系統廣泛應用於自動化設備，特別是輕工包裝機械、印刷機械 和專用數控加工設備中。其特點是控制軸數多、設備布置範圍廣、同步要求高。 針對這類運動軸的控制，多釆用基於現場總線的分布式控制技術實現多軸聯動。
SERCOS(serial real time communication specification, 串行實時通信協議)就是一 種用於數字伺服和傳動系統的現場總線接口和數據交換協議，能夠實現工業控 制計算機與數字伺服系統、傳感器和可編程控制器I/O 口之間的實時數據通訊。 CAN總線也有類似應用。
但是，SERCOS和CAN總線需要專門的設備來支持，應用成本較高。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足提供一種成本低、可靠性高的多軸聯動 運動控制器。
本發明的實現方案如下 一種多軸聯動運動控制器，包括一個主CPU和多
個從CPU，各CPU之間串行總線方式連接。
所述CPU選用DSP或MCU晶片，主CPU主要負責運動控制的插補計算， 各個從CPU控制2-4個電機，所有CPU之間採用串行總線(SCI)方式聯接。 主CPU提前進行插補計算，其結果暫存在本地緩衝隊列中，各個從CPU也在本 地維持一個結構相同的隊列，主CPU定時將本地隊列中的插補數據按數據塊的 方式在SCI總線上廣播；各個從CPU收到廣播數據後，將本地控制電機的位置 指令數據放入本地隊列，形成一個數據緩衝；各CPU的同步採用主CPU廣播同 步信號校準；在採樣時鐘作用下，各個從CPU定時從本地緩衝隊列中讀取電機 的位置指令數據，送相應的電機軸進行位置跟蹤控制。
本發明的技術原理
(1) 聯接方式。參見附圖1， DSP或MCU嵌入式晶片多數附帶串行通信 接口SCI，按總線方式聯接主CPU和各個從CPU，主CPU提前插補計算，形成 所有運動軸的插補數據緩衝隊列；各個從CPU在本地維護一個結構相同的插補 數據緩衝隊列；主CPU按緩衝隊列中的數據塊格式定時廣播緩衝隊列中的數據， 且廣播完後的數據神被清除緩衝隊列;各個從CPU收聽廣播數據，並將與本CPU 相關的軸坐標指令數據放入本地緩衝隊列中，形成一個本地的緩衝數據區。
(2) 時鐘同步。各個CPU均有自帶的數據時鐘，且頻率設定相同，運動 開始時，主CPU廣播一個時鐘同步指令，各從CPU收到該同步指令後，將本地 時鐘計數器清零，完成時鐘同步；
(3) 位置跟蹤控制。系統設置統一的位置控制採樣周期，每個採樣周期信 號到達時，各從CPU從本地隊列中取一組位置指令數據，更新本地電機位置。
本發明與現有技術相比具有如下優點和有益效果本發明提供了一種多CPU 的運動控系統互聯方式，方便地實現多個電機軸的互聯。成本低、運行可靠。


圖1是本發明的一種多軸聯動運動控制器的結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，主CPU預先進行各個運動軸的插補計算，其計算所得的插補 位置指令預存於本地數據緩衝隊列中；主CPU定時以數據塊的方式廣播數據緩 衝隊列中的數據，從CPU按統一的時鐘同步信號接收插補數據，並將與本地運 動軸的插補位置指令存儲於本地隊列中，各個從CPU (運動軸控制CPU)在本 地形成了一個軸位置控制指令隊列；在主CPU的同步信號指令下，從CPU從緩 衝隊列中取出位置控制指令，進行相應軸的位置跟蹤控制。主從CPU的同步是 以主CPU廣播同步信號實現的。
權利要求
1、一種多軸聯動運動控制器，其特徵在於所述多軸聯動運動控制器包括一個主CPU和多個從CPU，各CPU之間以串行總線方式連接，主CPU負責插補計算；每個從CPU控制2-4個軸，跟蹤主CPU的插補位置指令。
2、 根據權利要求1所述的控制器，其特徵在於主從CPU均在本地維護一 個數據結構相同的緩衝隊列，主CPU提前進行插補計算，並保持其緩衝隊列中 有一定的緩衝插補數據，主CPU定時按數據塊的方式廣播緩衝隊列中的插補數 據，從CPU接收到數據廣播後，保留本地控制軸插補數據於緩衝隊列中。
3、 根據權利要求2所述的控制器，其特徵在於所有從CPU定時從本地 的插補數據緩衝隊列中讀取數據，用於本地軸的位置跟蹤控制。
4、 根據權利要求1至3任一項所述的控制器，其特徵在於各CPU的時鐘 同步採用廣播同步信號實現。
全文摘要
本發明提供一種多軸聯動運動控制器，其特點是採用多CPU並行控制系統，其中一個主CPU計算各軸的插補坐標，各個從CPU分別控制2-4個運動軸，CPU之間採用串行總線方式聯接，CPU個數可以擴展；每個CPU管理一個插補數據緩衝隊列，插補數據以統一的格式存貯在本地數據緩衝隊列中，主CPU提前進行插補計算，並在本地緩衝隊列中保持一定的緩衝數據量，主CPU定時以數據塊方式廣播插補數據，從CPU接收到數據廣播後，在本地緩衝隊列中保留本地需要的插補數據；各個從CPU定時從本地緩衝區中讀取插補數據，執行位置跟蹤控制；各CPU的時鐘同步採用廣播同步信號實現。本發明可以用於5軸以上的多軸數控系統的聯動。
文檔編號G05D3/20GK101101486SQ20071002951
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月1日 優先權日2007年8月1日
發明者寧 柳, 高 王, 王思華 申請人:暨南大學