一种基于总线的伺服电机同步控制方法与流程

本发明涉及一种伺服电机同步控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术：

随着工业自动化、机器人行业的不断发展，对运动控制系统的响应性能要求越来越高。运动控制系统(如工业机器人、数控设备等)的末端位姿通常是由多部件协同运动复合产生，其各部件伺服电机的同步控制精度是影响末端运动轨迹精度的关键因素。由于由于各个伺服电机的驱动器(控制器)都有独立运行的本地时钟，并且指令数据在各个伺服驱动器之间、系统主控模块和伺服驱动器之间传输时会产生一定的延迟，多个伺服电机间的响应延迟时间的不均会引起动作的偏差；并且每次动作指令各个伺服电机响应延迟时间会累加，最终造成运动控制系统的运动轨迹产生较大误差。因此，如何消除或者抵消掉不同驱动器控制的伺服电机之间的延迟差，提高控制系统中不同伺服电机的同步控制精度是关键。

在大型的龙门式和桥式数控设备的机床控制中，双轴同步驱动技术已成为一种常见的控制方法，如动梁式龙门铣床的横梁升降控制，龙门框架移动式加工中心的龙门框架移动控制等。所谓双轴同步驱动，就是一个坐标的运动指令能够驱动两个电机同时运行，通过对这两个电机移动量的检测，将位移偏差反馈到数控系统获得同步误差补偿，其目的是将主、从两个电机之间的位移偏差量控制在一个允许的范围内。从整体结构来看就是采用双电机、双检测的同步进给驱动系统。近年来，双轴同步驱动技术在数控机床中的应用越来越成为业界的热点。从已经具备双轴同步控制功能的控制系统来看，同步控制功能均由数控系统提供，如目前市场上广泛使用的高档数控系统，西门子840d提供了龙门轴功能，fanuc-18i数控系统提供了简易同步控制轴功能等。同步控制功能由数控系统实现，虽然解决了同步轴控制问题，同时也带来很多弊端，如增加了数控系统的负担，接口复杂，难于扩展为多轴同步功能等，同时成本也较高。

日本专利特开2009-151527号公报(2009年7月9日公开)中公开了如下方法：对机器人的动作进行控制的控制装置按轴，计算相对于指令值的目标轨迹与实际的动作轨迹之差作为伺服延迟时间，并将最短的伺服延迟时间作为基准时间，基于每个轴的伺服延迟时间与所述基准时间来计算每个轴的补偿转矩，将反映了每个轴的补偿转矩的指令值输出至各伺服，对机器人的动作进行控制。但是这种方法基于每个轴的伺服延迟时间与所述基准时间的补偿转矩的计算、及反映了补偿转矩的指令值的计算太复杂，必然控制程序也会复杂。

专利201410260578.0提出了一种具有时变测量延迟输出和噪声的伺服电机的状态观测方法，采用这种控制可以消除延迟输出和噪声的影响，并且不需要速度传感器便可以得到系统的全状态信息；但是该方法计算较复杂，且需要借助于数值计算和控制系统仿真工具(如matlab)等进行，控制程序复杂。

技术实现要素：

本发明为解决现有消除不同伺服电机之间的延迟差，提高控制系统中不同伺服电机的同步控制精度的技术结构或者控制程序较复杂的问题，提供了一种基于总线的伺服电机同步控制方法。

本发明所述一种基于总线的伺服电机同步控制方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、控制系统向各个伺服驱动器发送空运行指令，并利用总线测量获得与各个伺服驱动器对应的各个伺服电机的响应延迟时间；

步骤二、比较步骤一中获得的各个伺服电机的响应延迟时间的大小，选出其中的最大值x；

步骤三、设置整体延迟值y，且y≥x；

步骤四、控制系统分别延迟y-ti时间后向各个伺服驱动器qi发送指令，其中，ti表示伺服电机i的响应延迟时间，伺服驱动器qi对应伺服电机i。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

进一步的，步骤一中所述利用总线测量获得与各个伺服驱动器对应的各个伺服电机的响应延迟时间的具体步骤包括：

步骤一一、控制系统向各个伺服驱动器发送的空运行指令通过总线以can报文的形式发送，伺服驱动器接收到报文后返回应答，通过返回的应答中的应答场确定伺服驱动器接收到空运行指令的时刻t1，同时检测伺服电机产生响应信号的时刻t2；

步骤一二、t2与t1的差值即为伺服电机的响应延迟时间。

进一步的，选取y＝x。

本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：

本发明所述一种基于总线的伺服电机同步控制方法，能够使系统中不同伺服驱动器控制的伺服电机的响应时序一致，提高了运动控制系统中控制各部件的伺服电机的同步控制精度，因此能够抑制由不同伺服马达间的响应延迟时间的不均引起的轨迹偏差；与现有技术相比，不仅控制精度更高，而且应用结构简单，控制程序更简单而有效率，能够有效降低软件及硬件的成本。

附图说明

图1是本发明方法说明图；

图2是伺服电机的响应延迟时间说明图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种基于总线的伺服电机同步控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、控制系统向各个伺服驱动器发送空运行指令，并利用总线测量获得与各个伺服驱动器对应的各个伺服电机的响应延迟时间；总线控制自身即能够检测得到该响应延迟时间。

随着数字通讯技术的发展，现场总线技术已经成功地引入到控制领域，成为各功能模块如计算机控制器(computernumericalcontroller，cnc)、伺服驱动器等之间进行数据交换的手段。现场总线有抗干扰、通讯灵活、易联接、成本低等诸多优点，是未来的发展趋势。目前也已形成多种总线相互竞争的态势。

步骤二、比较步骤一中获得的各个伺服电机的响应延迟时间的大小，选出其中的最大值x；

步骤三、设置整体延迟值y，且y≥x；

步骤四、控制系统分别延迟y-ti时间后向各个伺服驱动器qi发送指令，其中，ti表示伺服电机i的响应延迟时间，伺服驱动器qi对应伺服电机i。

因为x大于等于ti，而y大于等于x，所以能够保证延迟y-ti大于等于0。

又因为任意伺服电机i的响应延迟时间为ti，而控制系统先延迟y-ti时间后再向伺服电机i对应的伺服驱动器qi发送指令，则伺服电机i总的延迟量为：ti+(y-ti)＝y；也就是说系统中的伺服电机根据需要可以全部延迟相等的量y，从而保持同步。

如图1所示，当伺服电机i分别对应系统中的伺服电机1、伺服电机2、伺服电机3、伺服电机4时，尽管t1、t2、t3、t4均不同，x＝t4；可是系统总的延迟是同步的，延迟为y。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述利用总线测量获得与各个伺服驱动器对应的各个伺服电机的响应延迟时间的具体步骤包括：

步骤一一、控制系统向各个伺服驱动器发送的空运行指令通过总线以can报文的形式发送，伺服驱动器接收到报文后返回应答，通过返回的应答中的应答场确定伺服驱动器接收到空运行指令的时刻t1，同时检测伺服电机产生响应信号的时刻t2；

步骤一二、t2与t1的差值即为伺服电机的响应延迟时间。如图2所示，两虚线之间的时间即为伺服电机的响应延迟时间ti。

can是控制器局域网络(controllerareanetwork,can)的简称，是iso国际标准化的串行通信协议，是国际上应用最广泛的现场总线之一。它具有以下优点：可靠的错误处理和检错机制、网络内的节点个数在理论上不受限制、结构简单；can通信是一种点对多点的传输协议，在总线中以can报文形式传送，当一个点传输数据时，总线上的其它点都可以为接受方，并且当数据被正确接收到以后，接收方便会作出应答响应。

其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式中，选取y＝x。

控制系统的整体延迟时间为y，而y必须大于等于x，因此当选取y＝x的时候，系统的整体延迟最小，响应效果最佳。

其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。