一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，特别是涉及一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法。

背景技术

EtherCAT总线运动控制器目前大多是基于PC的控制软件，应用于印刷设备、风力发电机、实验台到剧院、运动场等诸多场景，特别是在高效的工程领域中，一切都可以通过EtherCAT总线运动控制器实现自动化。控制器中Codesys软件的模块化思想以及其灵活的软件架构融入到整个平台，具有控制结构灵活多变、高同步性和高实时性的特点。

转台主要用于惯性导航系统和惯性元件检定、标定以及模拟飞行器、航空发动机等姿态运动，具有高动态跟踪、高速率精度、平稳性和高定位精度特性。目前转台普遍采用直接驱动进行控制，由于编码器安装误差和机械轴系回转误差等，造成从编码器读取的位置信息和实际位置信息存在偏差，导致速率精度和平稳性变差，定位精度变差。当前Codesys软件中的运动补偿一种是基于到位停止后的补偿模块，另外一种是基于到位不停止的补偿模块，运动过程中均不能进行实时补偿。因此需要进一步考虑实时补偿技术，使EtherCAT总线运动控制器满足转台的应用需求。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法，解决EtherCAT总线运动控制器难以应用于较高精度要求转台的技术问题。

(2)技术方案

本发明的实施例提出了一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法，包括步骤：S1，系统初始化；S2，将驱动器模式设置为同步速度模式；S3，获取上位机或者HMI指令信息和运动方式；S4，点到点定位运动采用虚轴产生运动轨迹；S5，采用谐波补偿通过实时补偿数据表对位置轨迹实时补偿。

进一步地，计算实时补偿数据表的步骤为：将控制系统中谐波系数清零；点到点位置运动，测量等间隔角度的实际角度误差；计算谐波系数；生成实时补偿数据表。

进一步地，计算谐波系数具体为，通过补偿算法采用8次或11次谐波补偿，计算补偿系数并下载至底层控制系统中。

进一步地，生成实时补偿数据表具体为，计算实时补偿数据表，生成具有360000个补偿点的数据表格，补偿间隔为0.001°。

进一步地，生成实时补偿数据表以掉电保存数据类型进行保存。

进一步地，S4具体为，将虚轴实际位置设置为驱动器关联实轴的当前位置，将指令信息发送给虚轴产生实时位置轨迹。

进一步地，S4还包括通过轨迹算法模块生成正弦波、三角波、方波的实时位置轨迹。

进一步地，在S5中，期望轨迹经过谐波补偿后，控制系统再经过位置环PID和前馈控制算法，得到伺服所需的期望速度；控制系统激活外部设定功能，伺服的速度由外部信号接收模块接管，直接发送给实轴对应的驱动器直至运动完成，如果控制系统中间接收到来自上位机或者HMI的停止指令，需要产生相应的停止轨迹，直至运动完全停止，最后关闭外部设定功能。

(3)有益效果

综上，本发明采用谐波补偿通过实时补偿数据表对位置轨迹实时补偿，并在控制器系统中引入位置环和前馈控制算法，极大的减小了系统跟踪误差，通过实时精密补偿技术减小了码盘安装或机械轴系带来的误差，速率平稳性和速率精度及静态定位精度得到极大提高，使得EtherCAT总线运动控制系统能够满足转台这种特种设备的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法的控制系统结构图。

图2是一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法的控制流程示意图。

图3是一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法的计算实时补偿数据表的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，发明的实施例提出了一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法，其中以转台为控制对象，控制系统结构图如图1所示，在EtherCAT总线运动控制器的Codesys软件环境下，将控制器控制周期设置为500us，驱动器设置为同步速度模式，这样可以随时对伺服的速度进行调整，此外在控制器中加入位置环PID和前馈控制算法，进行位置闭环控制，较直接使用驱动器进行位置闭环，提高了转台系统动态跟踪特性。系统初始化阶段扫描EtherCAT总线上的从站信息及IO模块信息，各节点均处于OP模式且运行状态均正常情况下，将实时补偿算法系数清零，开始点到点等间隔角度运动，通过外部仪器测量出每个角度位置实际误差，作为实时补偿算法模块计算实时补偿数据表的输入。

请参考图2，本发明的实施例提出了一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法，包括步骤：

S1，系统初始化；

S2，将驱动器模式设置为同步速度模式；

S3，获取上位机或者HMI指令信息和运动方式；

S4，点到点定位运动采用虚轴产生运动轨迹；

S5，采用谐波补偿通过实时补偿数据表对位置轨迹实时补偿。

本发明采用谐波补偿通过实时补偿数据表对位置轨迹实时补偿，并在控制器系统中引入位置环和前馈控制算法，极大的减小了系统跟踪误差，通过实时精密补偿技术减小了码盘安装或机械轴系带来的误差，速率平稳性和速率精度及静态定位精度得到极大提高，使得EtherCAT总线运动控制系统能够满足转台这种特种设备的使用需求。

请参考图3，在一些实施例中，计算实时补偿数据表的步骤为：

将控制系统中谐波系数清零；

点到点位置运动，测量等间隔角度的实际角度误差；

计算谐波系数，通过补偿算法采用8次或11次谐波补偿，应用公式(1)～(3)，计算补偿系数并下载至底层控制系统中；

生成实时补偿数据表，应用公式(4)，计算实时补偿数据表，生成具有360000个补偿点的数据表格，补偿间隔为0.001°。生成实时补偿数据表以掉电保存数据类型进行保存。

式中N表示角度位置实际误差的数量；N1表示谐波次数；N2表示生成的谐波补偿数据表格中的数据数量；a和b表示谐波系数；x表示角度位置实际误差值；y表示生成的谐波补偿数据表格中的补偿数据。

在一些实施例中，S4具体为，将虚轴实际位置设置为驱动器关联实轴的当前位置，将指令信息发送给虚轴产生实时位置轨迹。

在一些实施例中，S4还包括通过轨迹算法模块生成正弦波、三角波、方波的实时位置轨迹。

在一些实施例中，在S5中，期望轨迹经过谐波补偿后，控制系统再经过位置环PID和前馈控制算法，得到伺服所需的期望速度；控制系统激活外部设定功能，伺服的速度由外部信号接收模块接管，直接发送给实轴对应的驱动器直至运动完成，如果控制系统中间接收到来自上位机或者HMI的停止指令，需要产生相应的停止轨迹，直至运动完全停止，最后关闭外部设定功能。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。