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同步运动取决于特殊控制方法

作者:Frank J. Bartos2008.04.05阅读 9479

  为了满足诸如印刷机或其他自动化系统中多轴运动的同步需求,我们需要开发更高级的控制技术。高速网络协议能够有效满足复杂自控系统的数据传输与控制要求。

  随着时代的进步,功能强大的控制器和处理器不断涌现,工业级自控系统中可控运动轴的数量正呈稳步增长态势。但是,在许多的这些控制系统中,例如串行制造阶段做点到点运动的标引站,或者是分布式系统中的并行运动路径,运动轴的运行依然相互独立。
  相比之下,更为复杂的自动化系统中都会需要各种运动轴的同步。不管是印刷机,计算机数控(CNC)机床,还是用于金属成形和飞剪系统的线速度高达152米/分钟(500英尺/分钟)的高速动态反馈机,等等,都需要有更高级的控制技术来满足自控系统中的多轴运动。高速网络协议能够有效的满足其数据传输和控制需求。  

  博世力士乐使用电子线路轴传动(ELS)-一种允许多轴同步运动的技术以提高包装、传送和印刷机器的生产率图示的是一台无轴皮带…
  博世力士乐使用电子线路轴传动(ELS)-一种允许多轴同步运动的技术,以提高包装、传送和印刷机器的生产率。图示的是一台无轴皮带打印机。在每小时48公里(30mph)的打印速度下,ELS可以达到0.01mm的墨点精度

  同步运动控制是Baldor电气集团公司的研发重心之一。 “在协调运动中控制工程网版权所有,多个运动轴必

须通力合作,才能完成处理过程。” 该公司的伺服产品经理John Mazurkiewicz说,“尤其是在自动化和xy/xyz型应用中,了解插补控制和运动控制所需的轴位置将显得非常重要。”
  Baldor公司通过其NextMove多轴控制器和Ethernet Powerlink (EPL)基于以太网技术的实时运动控制总线实现了同步运动控制。据Mazurkiewicz所言,NextMove控制器可插补多达16轴,其中包括同时启动/停止功能。他还说控制工程网版权所有,“受处理器能力限制,目前插补轴的数量最多为16个。”此外,通过使用Powerlink,NextMove 100还可以同步控制伺服轴(输出范围 ±10 V) ,步进轴(脉冲型和直流型)及其他运动轴。
  Baldor公司将同步和插补加以区别,他们认为,同步,是指运动轴由被参照机器(通常是一个带有主编码器的主运动轴)“给定时钟”,而插补,是指两个或多个轴在同一条曲线上运动必能同时启停。同步功能包括轴间速率给定(电子传动),位置偏移调整,电子凸轮曲线和飞剪运动调整。轴插补可以是直线型的CONTROL ENGINEERING China版权所有,也可以是圆弧型的或高次曲线型的。
  

  Baldor电气的多轴控制器和Mint软件在飞剪控制中的应用该控制可以将材料在飞行过程中被切割成规定长度在该应用中切割器必须能循…
  Baldor 电气的多轴控制器和Mint软件在飞剪控制中的应用。该控制可以将材料在飞行过程中被切割成规定长度。在该应用中,切割器必须能循环加速以与被切割材料同步运动,并在切割完成后能减速到下一次切割所需速度。

  博世力士乐集团公司在近20年来一直致力于建立使用数字光纤SERCOS(串行实时通讯系统)接口(国际标准IEC 61491)的多轴同步运动控制系统,该公司电气设备和控制部工业机械工具分部经理Karl Rapp指出,“SERCOS精确的同步能力—同步时间误差小于1微秒—已经有力地证明了其在最新应用中的能力。”对SERCOS816芯片的评测显示其实际同步误差低至0.035ms,这充分肯定了SERCOS对同步运动的适用性。最新版本的SERCOS III(支持100MHz的以太网)与老的SERCOS相比增加了新的功能控制工程网版权所有,并进一步增强了I/O系统的能力。

  协调,同步,插补
  协调,同步和插补是应用于这一特殊控制领域的不同复杂程度的控制方法。协调控制控制工程网版权所有,用于对运动路径要求较少但对速度要求较严格的地方,例如,博世力士乐公司指出,在有障碍物的环境中以尽可能高的速度进行无震荡混合运动。(“震荡”是加速度的倒数或位移的三次倒数,最小震荡对于运动系统性能和减小磨损非常重要。)如果用户编写的程序逻辑能够将协调轴运动到指定位置,并且该位置是由路径向量得到的速度和加速度的梯度值所决定的,那么这一运动就与插补相似。然而,这种计算只在每次运动前发生一次,这与插补(见下文)并不相同,Rapp解释道。
  同步引入了一个主轴和一个或多个“从轴”的概念。主轴可以是一个“真正的主轴”,如金属冲压飞轮上的编码器,或是一个“虚拟主轴”,如记录标记或由运动控制器或驱动器产生的编码器。例如,电子线路轴传动(ELS)技术,可以用一个主编码器同步多达32轴,并且能够以电子方式改变各个轴的传动比率,博世力士乐公司的控制产品经理Rami Al-Ashqar说。
  插补——用于下面讲到的精确路径——插补被认为是集成了最复杂的运动控制的方法,特别是用于多轴运动的控制。路径计算器或插补计算器在运动中不断重复计算运动路径向量(通常是以毫秒时间为间隔的)。“我们需要为所有参与运动的轴的位置增量推导加速/减速和速度向量。” Al-Ashqar说,“插补算法必须能够预先计算出轴运动是否会超限,如果有,算法需要能够主动降低该路径的速率以避免其发生。”
 

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