一种电子凸轮的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种电子凸轮的控制方法，其包括用作控制模块的处理器、用作通讯模块的单片机，以及执行单元；其中，用作控制模块的处理器接收传感器信号，结合设定的参数，通过运算输出控制信号到I/O电路；用作通讯模块的单片机通过RS232接口与触摸屏通信，接收来自触摸屏的控制指令和相关数据，上述控制模块和通讯模块之间通过TTL电平信号联络；执行单元包括伺服驱动器和伺服电机；用作控制模块的处理器对电子凸轮的速度与加速度分别使用三次函数与二次函数进行运动轨迹控制。本发明的电子凸轮的控制方法，其加工精度高、运动灵活且平滑，能大幅提高生产效率，适用于包装、纺织、印刷等工业领域。
【专利说明】—种电子凸轮的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业自动化控制领域，具体地说，涉及一种电子凸轮的控制方法。
【背景技术】
[0002]电子凸轮是在机械凸轮的基础上发展起来的，其基本概念是一套数字控制系统在没有传统机械凸轮存在的情况下，通过编制控制程序，让该数控系统精密的模拟凸轮工作曲线，而完成相应的机械动作，即由一套数字控制系统完成了凸轮机构的运动规律，是典型的机电一体化系统。与机械凸轮相比，电子凸轮几乎能够实现任意的凸轮曲线且不受机械结构的约束。同时电子凸轮在精度、柔性、生产效率、速度和加速度限制等方面有非常明显的优势。
[0003]中国专利申请CN102650862A公开了一种可编程逻辑控制器的电子凸轮控制系统及方法，其通过FPGA模块获得节点处的主轴位置数据与主轴当前位置之差和从轴位置数据与从轴已输出脉冲数之差，并据此控制从轴动作，不仅节省了可编程逻辑控制器的资源，而且大大提高了电子凸轮的控制精度。其所需要解决的技术问题是，可编程逻辑控制器在实现电子凸轮的主轴和从轴啮合动作关系时占用较多CPU资源，并影响可编程逻辑控制器的扫描周期和电子凸轮的控制精度的问题。
[0004]中国专利申请CN200820179638.6公开了一种内含电子凸轮控制系统的可编程控制器，其针对可编程控制器与电子凸轮模块或电子凸轮控制器分离设置所致控制器系统的可靠度和使用便利性差的技术问题，通过将可编程控制单元及电子凸轮控制单元系同时设置在控制核心芯片内，使得可编程控制单元及电子凸轮控制单元可共享相关控制单元，减少线路复杂设置所产生的相互干扰，从而达到节省空间、简化控制并提高系统可靠性的技术效果。
[0005]上述技术方案均未涉及如何提高电子凸轮运动轨迹的平滑性，特别是如何保证电子凸轮变速过程的连续性和操控的灵活性等方面的技术问题，现有技术在这些方面存在许多有待进一步完善和改进之处。
【发明内容】
[0006]本发明的任务在于提供一种电子凸轮，其主要根据机械凸轮的运动规律建立电子凸轮的运动控制函数，通过编制控制程序，利用单片机控制伺服电机，提高凸轮运动控制的灵活性及运动轨迹的平滑性。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种电子凸轮的控制方法，包括用作控制模块的处理器、用作通讯模块的单片机、触摸屏，以及执行单元；上述用作控制模块的处理器接收传感器信号，结合设定的参数，通过运算输出控制信号到I/O电路；
[0008]上述用作通讯模块的单片机其外围电路主要由RS232串口通信电路、电平转换电路构成；
[0009]上述用作通讯模块的单片机通过RS232接口与触摸屏通信，接收来自触摸屏的控制指令和相关数据；
[0010] 上述用作控制模块的处理器和用作通讯模块的单片机之间通过TTL电平信号通
[0011]上述执行单元包括伺服驱动器及由其驱动的伺服电机，该执行单元负责接收用作控制模块的处理器的命令，并通过伺服电机执行。
[0012]上述用作控制模块的处理器对电子凸轮的速度与加速度分别使用三次函数与二次函数进行运动轨迹控制。
[0013]上述技术方案，主要利用ARM7的高速运算性能和伺服系统的快速响应特性来实现机械凸轮的运动规律，其中控制模块和通讯模块之间通过TTL电平信号联络，控制模块从通讯模块读取相关控制参数，生成凸轮曲线并进行离散化处理，同时生成控制表格并存储，然后控制执行单元完成相应的动作；控制模块根据传感器反馈的信息，判断各电机轴所在的位置，从而实现了闭环控制。
[0014]而且，操作人员通过触摸屏直观进行参数的修改和调整，这使得操作更加简便，降低了操作人员的劳动强度。
[0015]作为优选，上述用作控制模块的处理器以主流嵌入式处理器微处理器为核心，包括FLASH存储器、SDRAM存储器和由复位芯片组成的复位电路，其外围功能电路包括有传感器信号处理电路、电机驱动电路；其中:
[0016]通讯模块以89C52单片机为核心，包括串口通信电路和5V转3.3V电路；
[0017]执行单元包括三台伺服驱动器及由其驱动的三台伺服电机。
[0018]解释与说明:上述主流嵌入式处理器可选用ARM7芯片，微处理器可选用S3C44B0X, SDRAM 存储器可选用 HY57V641620，FLASH 存储器可选用 SST39VF1601。
[0019]该优选技术方案产生的直接技术效果是，提高了电子凸轮运动控制的灵活性及运动轨迹的平滑性。
[0020]作为优选，上述用作通讯模块的单片机基于80C51单片机搭建。
[0021]该优选技术方案的有益效果是，结构简单，维护维修简便。
[0022]作为优选，上述用作通讯模块的单片机与触摸屏之间基于Modbus RTU协议进行通?目。
[0023]该优选技术方案的有益效果是，操作人员通过触摸屏进行参数的修改和调整，其反应过程更流畅，更灵敏。
[0024]综上，本发明通过采用上述技术方案所带来的有益效果是，电子凸轮的变速过程过渡平滑，其变速过程连续、无突变，可根据实际使用的需要随时对电子凸轮运动轨迹进行调节，操控灵活。
[0025]而且，操作人员通过触摸屏直观进行参数的修改和调整，这使得操作更加简便，降低了操作人员的劳动强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的电子凸轮物理模型结构示意图；
[0027]图2为本发明的电子凸轮运动的速度和加速度曲线图；
[0028]图3为本发明的电子凸轮控制器结构示意图。[0029]附图标记说明:1、ARM7 芯片 S3C44B0X，2、89C52 单片机，3、SDRAM HY57V641620，4、复位芯片，5、FLASH SST39VF1601，6、传感器信号处理电路，7、传感器，8、电机驱动电路，9、伺服电机，10、触摸屏，11、串口通信电路，12、电平转换电路。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图，对本发明做详细的说明。
[0031]如图1所示，电子凸轮物理模型，其中凸轮的轮廓由AB、BC、⑶以及DA四段曲线组成，凸轮以等角速度ω转动，DA段的速度为Vl，BC段的速度为ν2，凸轮由A运行到B的过程中其速度由V1加速到ν2，凸轮由C运行到D的过程中其速度由V2减速到Vl。根据上述各段的速度特点，可将电子凸轮的运动区间分为低速区(DA段)、加速区(AB段)、高速区(BC段)和减速区(CD段)。为较容易的实现凸轮运动同时保证其运动的平滑性，在加速区和减速区本发明采用三次函数控制速度，采用二次函数控制加速度。
[0032]为更好地理解本发明的技术方案，现结合基本原理详细分析如下:
[0033]如图2所示，凸轮运动的速度和加速度曲线。加速区的速度方程可设为:
[0034]V (t) =a0+a1t+a2t2+a3t3 (I)
[0035]求导可得加速区的加速度方程为:
[0036]Y1 (t) =a1+2a2t+3a3t2 (2)
[0037]由图3可知如下边界条件:U1, V1)、(t2, v2)和U1, O)、(t2, O)，分别代入式⑴和式⑵得:
[0038]
【权利要求】
1.一种电子凸轮的控制方法，包括用作控制模块的处理器、用作通讯模块的单片机、触摸屏，以及执行单元；其特征在于，所述用作控制模块的处理器接收传感器信号，结合设定的参数，通过运算输出控制信号到I/o电路；所述用作通讯模块的单片机其外围电路主要由RS232串口通信电路、电平转换电路构成；所述用作通讯模块的单片机通过RS232接口与所述触摸屏通信，接收来自触摸屏的控制指令和相关数据；所述用作控制模块的处理器和所述用作通讯模块的单片机之间通过TTL电平信号通所述执行单元包括伺服驱动器及由其驱动的伺服电机；所述执行单元负责接收所述用作控制模块的处理器的命令，并通过所述伺服电机执行。所述用作控制模块的处理器对所述电子凸轮的速度与加速度分别使用三次函数与二次函数进行运动轨迹控制。
2.根据权利要求1所述的电子凸轮的控制方法，其特征在于，所述用作控制模块的处理器以主流嵌入式处理器微处理器为核心，包括FLASH存储器、SDRAM存储器和由复位芯片组成的复位电路，其外围功能电路包括有传感器信号处理电路、电机驱动电路；所述通讯模块以89C52单片机为核心，包括串口通信电路和5V转3.3V电路；所述执行单元包括三台伺服驱动器及由其驱动的三台伺服电机。
3.根据权利要求2所述的电子凸轮的控制方法，其特征在于，所述用作通讯模块的单片机基于80C51单片机搭建。
4.根据权利要求1-3任一所述的电子凸轮的控制方法，其特征在于，所述用作通讯模块的单片机与所述触摸屏之间基于Modbus RTU协议进行通信。
【文档编号】G05B19/06GK103439915SQ201310351598
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】王吉岱, 梁存仙, 孙爱芹, 陈广庆, 张兆建, 孙建, 王智伟, 鲍伟 申请人:山东科技大学