一种基于EtherCAT总线的实时精密补偿方法
文献发布时间:2023-06-19 19:32:07
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。
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