1.一种一体化多轴同步运动控制系统,其特征在于包括反馈采样模块和主控模块,所述反馈采样模块用于对多轴伺服电机的运行电流及运行位置进行采样,采样结果输入所述主控模块;所述主控模块包括soc系统,所述soc系统包括固件描述层、控制管理层和多轴同步实时运动控制层;所述固件描述层用于描述外围接口的逻辑信息,为所述控制管理层提供外围接口的驱动信息;所述控制管理层用于控制和管理控制系统的工作状态;所述多轴同步实时运动控制层接收所述反馈采样模块的采样结果,用于多轴伺服电机的反馈位置检测与计算、反馈电流检测与计算,实现多轴同步电流环控制、多轴时序同步调度和多轴响应同步控制。
2.如权利要求1所述的一体化多轴同步运动控制系统,其特征在于,所述主控模块还包括:
电源模块,用于为多轴伺服电机提供直流电源;
io接口电路,用于数字信号的输入输出;
通信模块,用于与外界的数据通信;
存储模块,用于存储soc系统的输入输出数据;
按键模块,用于工作模式的切换;
显示模块,用于显示工作状态信息;
隔离电路,用于减少外围电路对soc系统的干扰。
3.如权利要求2所述的一体化多轴同步运动控制系统,其特征在于,所述通信模块包括:
串口通信模块,用于所述控制系统与其他终端的通信;
扩展通信模块,用于多个所述控制系统级联使用时的通信链接;
无线通信模块,用于所述控制系统与其他信息化系统的通信。
4.一种多轴同步运动控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
多轴同步电流环控制,包括单轴高速电流环控制、多轴并行流水同步电流环调度;
所述单轴高速电流环控制采用并行计算与串行计算相结合的带有pi调节器的空间矢量控制法,包括信号预处理阶段、单轴电流环控制计算阶段、单轴计算结果输出阶段;所述信号预处理阶段完成单轴电流环控制的数据预处理工作;所述单轴电流环控制计算阶段完成单轴电流环控制的数据计算工作;所述单轴计算结果输出阶段完成将单轴电流环控制计算结果输出到ipm功率模块;
所述多轴并行流水同步电流环调度包括信号统一预处理阶段,多轴电流环控制计算阶段、多轴计算结果统一输出阶段;所述信号统一预处理阶段并行完成多轴电流环控制的数据预处理工作;所述多轴电流环控制计算阶段,将电机轴进行分组,各轴组依次完成电流环控制的数据计算工作,每个轴组内各轴电流环控制的数据计算并行完成;多轴计算结果统一输出阶段完成将多轴电流环控制计算结果同时输出到ipm功率模块,实现时序级同步控制多轴电机;
多轴时序同步调度,包括多轴位置环控制误差计算、多轴位置环pi调节、多轴速度环控制误差计算、多轴速度环pi调节,轴组内各轴的位置环控制误差计算、多轴位置环pi调节、多轴速度环控制误差计算、多轴速度环pi调节并行完成,轴组间分时共享复用运算资源;
多轴响应同步控制,采用动态主从耦合同步前馈控制法,根据轨迹位置跟踪误差率确定动态主轴,并将其作为被跟踪轴,将其他轴作为调节跟踪轴,将被跟踪轴和调节跟踪轴的跟踪率相减结果作为同步控制误差,该误差经pd调节器运算后输出作为前馈值输出到电流环输入中。
5.如权利要求4所述的多轴同步运动控制方法,其特征在于,所述电流环控制的数据预处理工作依次包括前馈电流读取、速度环生成电流读取、反馈电流采样、编码器位置采样、电机速度计算、电角度计算、正余弦求解,在时序上共占用3个时间段。
6.如权利要求5所述的多轴同步运动控制方法,其特征在于,所述正余弦求解采用基于快速查表辅助的泰勒展开计算法,所述表为特殊结构的正余弦值表,表中共含有99个数组,每个数组保存了角度值、相应正弦值、相应余弦值,数组1-数组10保存角度值为表序列为0至0.9、步长为0.1的角度及其正余弦值,数组11-数组99保存角度值为表序列为1至89、步长为1的角度及其正余弦值;将待求解的角度值θ分解为整数部分θ1、小数部分第一位θ2和小数部分除第一位外的其他部分θ3,即θ=θ1+θ2+θ3;在表中分别查出θ1的正余弦值sinθ1、cosθ1和θ2的正余弦值sinθ2、cosθ2,最后由公式(3)计算θ的正余弦值:
7.如权利要求4所述的多轴同步运动控制方法,其特征在于,所述电流环控制的数据计算工作依次包括clark变换,park变换、电流控制误差计算、电流环pi调节、park逆变换、svpwm计算,在时序上共占用6个时间段。
8.如权利要求7所述的多轴同步运动控制方法,其特征在于,所述clark变换,park变换、电流控制误差计算、电流环pi调节、park逆变换分时共享复用矩阵运算器,分时共享复用矩阵运算器算法如公式(4)所示:
其中,
具体实现方式包括:由计算输出寄存器组
9.如权利要求4所述的多轴同步运动控制方法,其特征在于,所述将电机轴进行分组的步骤包括:将每四个电机轴分为一个轴组。
10.如权利要求9所述多轴同步运动控制方法,其特征在于,每个轴组内的四个单轴电流环控制计算分时共享复用矩阵运算器,每个轴组内四个电机轴的clark模块变换计算、park模块变换计算、电流环控制误差计算、电流环pi调节器计算、park模块逆变换计算并行完成;轴组间再分时共享复用矩阵运算器,依次运行,直到完成所有轴组的电流环控制计算。