一种基于微控制器的多运动轴控制系统的制作方法

本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种基于微控制器的多运动轴控制系统。

背景技术：

多电机的协同控制是指按照工艺要求，实现多台电机的相对或绝对同步运行或者按照一定的轨迹协同运行。多电机协同控制因为涉及到多个控制回路并使其保持协调，不仅是要求单个回路保持高品质，并且对单台电机控制的要求更高。多电机协同控制方式主要有机械控制方式和电控控制方式两种。采用机械方式实现协同控制时，由于机械连接牢固可靠，同步效果较好，但是连接部件过多且寿命有限，影响协同控制效果，相比之下电方式的协同控制更加灵活。电方式协同控制一般分为非耦合结构和耦合结构。

1、非耦合控制结构

早期的协同控制主要采用非耦合控制，即每一台电机单独控制，系统中所有电机按预定指令实现同步运行。但由于系统中所有电机相互独立，在实际运行过程中，当某一台电机受到扰动运行状态发生变化时，其他电机不会回应这种变化，从而电机之间将产生运动偏差，影响系统同步性，因此这种控制结构很少在实际中应用。还有一种为主从控制结构，该控制结构中当主电机的状态发生改变时，其信息能够反馈给从电机，使从电机做出相应调整。但从电机状态变化却不会反馈给主电机，因此主从控制结构仅适用于从电机不容易受到干扰的场合。另外，在主从控制方式中从电机要滞后于主电机，启动过程跟随性能不理想。

2、耦合控制结构

多直线电机协同运行时涉及到的扰动因素很多，非耦合控制很难获得较好控制效果。20世纪80年代，koren等学者人将耦合控制思想引入到双电机同步控制系统中。交叉耦合控制结构即在每台电机的伺服控制系统中，再引入另外一轴的误差反馈信号，从而把双电机系统看作一个整体控制结构，交叉耦合控制的优势在于，系统中不论哪一台电机受到扰动时，另外一台电机的状态也会受附加反馈信号的影响而改变。两伺服通路输出信号可以相互跟踪，因此同步控制精度较好。基于交叉耦合同步控制，美国学者kira.l.barton采用了一种迭代式交叉耦合控制策略，使二维平台的轮廓精度得到了明显提高。但由于交叉耦合不适合两台以上电机的同步控制，使其应用范围有很大局限性。为了适应两台以上电机的多电机系统，在交叉耦合控制基础上，学者们提出了偏差耦合控制方式。偏差耦合控制方式将每台电机的速度反馈信号先经分离模块耦合起来，再经过补偿器进行调节。补偿器的作用是将相邻电机在发生运动偏差时的速度误差归零。这种控制方式使得每台电机都能通过其他电机速度变化来获得控制指令，弥补了交叉耦合控制不能应用于两台以上电机控制系统的不足，并且有效地提高运动时的同步性和稳定性。

3、虚拟总轴控制方法

以虚拟总轴模拟机械总轴以获得机械总轴的物理特性，既保留了机械总轴同步控制方式所固有的同步特性，又具有主令参考同步控制和主从同步控制方式的系统输出功率较大、各单元距离不受限制的优点。虚拟总轴同步控制系统的虚拟机械部分采用软件实现，有虚拟总轴、虚拟内轴以及机械单元负载等部分组成。由于该系统的输入信号经过虚拟总轴作用并过滤，因而易于被单元电机所跟踪。虚拟总轴同步控制方案具有易于调节参数、同步性能好、系统容量大的优点；而引入加速度反馈后的虚拟总轴同步控制系统的同步性会更一步提高，但要注意加速度反馈系数的选取，过大的系数会破坏系统的稳定性。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种将传统的大面积固定支撑工装改为多点柔性工装的基于微控制器的多运动轴控制系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于微控制器的多运动轴控制系统，包括上位机、微控制器和若干运动轴，所述运动轴包括驱动单元和执行单元，所述执行单元包括电机、联轴器和升降杆；所述上位机根据参数通过串行口通信方式与微控制器进行数据传输，微控制器基于通信协议解析数据，向驱动单元传输脉冲控制信号，驱动单元将控制信号转换成驱动信号后输出给电机，电机通过联轴器驱动升降杆。

上述参数包括升降杆的轴运动距离和运动方向。

上述数据包括报文、电机的脉冲频率和脉冲数。

上述微控制器上设有标识位。

上述上位机设有指示灯。

上述升降杆的驱动方式包括多轴协同控制和单轴点动控制。

上述多轴协同控制的操作步骤为：

s11、初始化上位机；

s12、向上位机中输入参数，包括若干升降杆的轴运动距离和运动方向；

s13、装载参数：上位机根据上述参数计算出数据，包括各升降杆对应的电机的脉冲频率和脉冲数，传输给微控制器并装载；

s14、微控制器生成启动请求报文反馈至上位机；

s15、用户通过上位机向微控制器发送启动报文；

s16、微控制器启动若干电机，根据上述数据通过联轴器控制若干升降杆运动；

s17、运动完毕后，微控制器根据标识位判断是否结束；若结束，上位机的指示灯灭；若未结束，微控制器向上位机发送停止请求报文，指示灯亮；

s18、用户通过上位机向微控制器发送停止报文，运动结束，指示灯灭；或进入单轴点动控制，指示灯灭。

上述单轴点动控制的操作步骤为：

s21、初始化上位机；

s22、在上位机中输入单个升降杆的参数，包括升降杆的轴运动距离；

s23、点动方向：通过上位机选定点动方向，上位机根据上述参数计算出数据，包括升降杆对应的电机的脉冲数，传输给微控制器装载，同时向微控制器发送启动报文；

s24、微控制器启动电机，根据上述数据控制升降杆运动。

上述步骤s13中的计算脉冲频率和脉冲数的方法，为：

以升降杆1的轴1为基准，计算公式如下：

，

即：

，

根据电机和升降杆的固有参数计算脉冲数的公式如下：

，

，

，

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上述步骤s23中的上位机根据参数计算脉冲数的方法，为：

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，

，

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本发明的有益之处在于：

本发明提供的一种基于微控制器的多运动轴控制系统，将传统的大面积固定支撑工装改为多点柔性工装，提供了一种多轴协同控制，运用群集控制思想，既继承了传统虚拟总轴控制方法和耦合控制方法的优点，同时又补偿了传统虚拟总轴控制方法各轴之间没有耦合的缺点，使得各轴同时动作，并同时到达指定高度，同时支撑零件，有效防止零件的局部受力变形；又提供了一种是单轴点动控制，通过对各轴运动距离进行单独控制，使各轴具有运动距离微量补偿的功能，使得电机带动支撑轴逐步接近并接触薄壁曲面件，实现有效支撑实现。

附图说明

图1为本发明的一种基于微控制器的多运动轴控制系统的多轴协同控制的流程图。

图2为本发明的一种基于微控制器的多运动轴控制系统的单轴点动控制的流程图。

图3为本发明的一种基于微控制器的多运动轴控制系统的多轴协同控制的参数输入图。

图4为本发明的一种基于微控制器的多运动轴控制系统的单轴点动控制的参数输入图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

一种基于微控制器的多运动轴控制系统，包括设有指示灯上位机、设有标识位微控制器和若干运动轴，运动轴包括驱动单元和执行单元，执行单元包括电机、联轴器和升降杆；上位机根据升降杆的包括轴运动距离和运动方向的参数通过串行口通信方式与微控制器进行包括报文、电机的脉冲频率和脉冲数的数据传输，微控制器基于通信协议解析数据，向驱动单元传输脉冲控制信号，驱动单元将控制信号转换成驱动信号后输出给电机，电机通过联轴器驱动升降杆。

升降杆的驱动方式包括多轴协同控制和单轴点动控制。

多轴协同控制的操作步骤为：

s11、初始化上位机，以避免被上次的缓存数据干扰；

s12、根据加工的薄壁曲面件的拟合曲面，计算出各轴所对应位置应运动的距离，向上位机中输入参数，包括各升降杆的轴运动距离和运动方向；

s13、装载参数：上位机根据上述参数依以下公式计算出数据，包括各升降杆对应的电机的脉冲频率和脉冲数，传输给微控制器并装载；

以升降杆1的轴1为基准，计算公式如下：

，

即：

，

根据电机和升降杆的固有参数计算脉冲数的公式如下：

，

，

，

，

s14、微控制器生成启动请求报文反馈至上位机；

s15、用户通过上位机向微控制器发送启动报文；

s16、微控制器启动若干电机，根据上述数据通过联轴器控制若干升降杆运动；

s17、运动完毕后，微控制器根据标识位判断是否结束；若结束，上位机的指示灯灭；若未结束，微控制器向上位机发送停止请求报文，指示灯亮；

s18、用户通过上位机向微控制器发送停止报文，运动结束，指示灯灭；或进入单轴点动控制，指示灯灭。

上述单轴点动控制的操作步骤为：

s21、初始化上位机，清理缓存数据，防止数据干扰；

s22、用户根据该轴所在位置与薄壁曲面件的位置关系，检测出该轴仍需运动的距离后，在上位机中输入单个升降杆的参数，包括升降杆的轴运动距离；

s23、点动方向：通过上位机选定点动方向，上位机根据上述参数依以下公式计算出数据，包括升降杆对应的电机的脉冲数，传输给微控制器装载，同时向微控制器发送启动报文；

，

，

，

，

s24、微控制器启动电机，根据上述数据控制升降杆运动。

多轴协同控制：对于薄壁曲面件零件进行支撑时，先根据薄壁曲面件的拟合曲线，经过上位机，计算出各升降杆的轴的理论上升高度，进而求出各轴所对应电机的参数，使得各轴同时动作，并同时到达指定高度，即同时接触到零件，可有效防止零件的局部受力变形。

单轴点动控制：对于电机而言，当接收到电机脉冲，会根据脉冲来驱动电机转动，但当支撑轴上升过程中遇到障碍物，或上升阻力突然发生变化时，可能会引起电机发生失步现象，或电机的精度不够，使得该轴不能同时接触薄壁曲面件。此时设置电机较小的步进量，通过给电机发送单个脉冲，使电机带动支撑轴逐步接近并接触薄壁曲面件，实现有效支撑。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。