EtherCAT總線運動控制器的直線插補解析

本節(jié)課程主要通過幾個部分講解直線插補，分別為EtherCAT總線運動控制器介紹、運動控制器直線插補的原理、功能、實現(xiàn)方式和例程仿真演示。

01、XPLC864E2介紹

XPLC864E2是正運動技術(shù)推出的一款多軸經(jīng)濟型EtherCAT總線運動控制器，XPLC系列運動控制器可應(yīng)用于各種需要脫機或聯(lián)機運行的場合。

體積小，通訊功能全，支持RS232串口、RS485串口、網(wǎng)口、CAN總線、EtherCAT總線連接外設(shè)，多網(wǎng)口通道通過交換機擴展。

XPLC864E2支持脈沖軸和總線軸混合使用，總軸數(shù)為8，除了帶EtherCAT接口之外，輸出口可配置為8個脈沖信號輸出，另帶兩路編碼器輸入，由輸入口配置。

通過擴展最多支持12軸直線插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸設(shè)置等功能。

02、直線插補原理

直線插補算法采用數(shù)據(jù)采樣法，插補用小段直線來逼近給定軌跡，插補輸出的是下一個插補周期內(nèi)各軸要運動的距離，不需要每走一個脈沖當(dāng)量就插補一次，可達(dá)到很高的進(jìn)給速度。

數(shù)據(jù)采樣法原理是采用時間分割思想，根據(jù)進(jìn)給速度f和插補周期t，將廓型曲線分割成一段段的輪廓步長l，l=ft，然后計算出每個插補周期參與插補運動的每個軸的坐標(biāo)增量。

03、直線插補功能

一、直線插補特點

直線插補運動通過BASE指令選擇軸號/軸組，控制多軸聯(lián)動，完成直線運動。

主軸是BASE選擇的第一個軸，插補運動軸參數(shù)UNITS、SPEED等均采用主軸的參數(shù)，發(fā)送MOVE直線插補運動指令，插補運動在主軸的運動緩沖區(qū)中按順序執(zhí)行，CANCEL指令取消插補運動，實現(xiàn)急停。

1.支持16軸直線插補運動

base（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15）

2.支持多通道同時插補

BASE（0，1）

MOVE（100，200）

BASE（2，3，4）

MOVE（30，40，50）

二、插補運動參數(shù)計算

以二軸直線插補為例：軸0和軸1兩軸參與直線插補運動，如下圖。

二軸直線插補運動從平面的A點運動到B點，XY軸同時啟動，并同時到達(dá)終點，設(shè)置軸0的運動距離為?X，軸1的運動距離為?Y，主軸是BASE的第一個軸（此時主軸為軸0），插補運動參數(shù)采用主軸的參數(shù)。

若插補主軸運動速度為S（主軸軸0的設(shè)置速度），各個軸的實際速度為主軸的分速度，不等于S，此時：

插補運動的距離：X=［（?X）2+（?Y）2］?

軸0實際速度：S0=S×?X/X

軸1實際速度：S1=S×?Y/X

04、直線插補實現(xiàn)

XPLC864E2內(nèi)置直線插補算法，支持8個EtherCAT總線軸聯(lián)合直線插補，可擴展支持12軸插補，采用MOVE直線插補指令，便可輕松高效完成插補運動。

一、直線插補相關(guān)指令

1.MOVE發(fā)送脈沖給驅(qū)動器，實現(xiàn)直線插補運動。

語法：

MOVE（distance1 ［，distance2［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

MOVEABS（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

MOVESP（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

MOVEABSSP（distance1 ［，distance2 ［，distance3 ［，distance4.。.］］］）

2.BASE指令選擇參與插補的軸號，即MOVE運動發(fā)送給哪些軸。

語法：BASE（axis1 ［，axis 2 ［，axis 3 ［，axis 4.。.］］］）

3.直線插補運動速度比例自由控制，當(dāng)前速度= SPEED*SPEED_RATIO。

語法：SPEED_RATIO（軸號） = value

4.運動暫停與恢復(fù)，MOVE_PAUSE暫停，MOVE_RESUME恢復(fù)運動。

語法：MOVE_PAUSE（mode）

5.運動取消，軸/軸組減速停止，CANCEL（2）為急停，RAPIDSTOP（2）為全部軸急停。

語法：CANCEL（mode） AXIS（主軸），RAPIDSTOP（mode）

二、直線插補類型

1.直線插補有以下三種形式可選：

（1）MOVE相對運動指令插補運動的距離參數(shù)為與當(dāng)前插補起點的相對距離，采用SPEED速度。（2）MOVEABS絕對運動指令插補運動的距離參數(shù)為相對于原點的絕對距離，在相對運動指令后方加上ABS后綴，采用SPEED速度。（3）MOVESP/MOVEABSSP運動指令帶SP的指令運動速度采用FORCE_SPEED強制速度參數(shù)運動，而不是SPEED參數(shù)，在相對運動指令或絕對運動指令后方加上SP后綴即可。FORCE_SPEED參數(shù)能進(jìn)入運動緩沖區(qū)，方便實現(xiàn)動態(tài)變速。2.三類運動形式的區(qū)別采用下方例子展開說明：（1）相對運動例子

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1）

DPOS=0，0

ATYPE=1，1

UNITS=100，100

SPEED=100，100 ‘運動速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

FORCE_SPEED=150，150 ’SP指令速度

SRAMP=100，100 ‘S曲線

TRIGGER ’自動觸發(fā)示波器

MOVE（200，150） ‘第一段終點（200，150）

MOVE（100，120） ’第二段終點（300，270）

END

（2）絕對運動例子

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1）

DPOS=0，0

ATYPE=1，1

UNITS=100，100

SPEED=100，100 ‘運動速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

SRAMP=100，100 ’S曲線

TRIGGER ‘自動觸發(fā)示波器

MOVEABS（200，150） ’第一段

MOVEABS（100，120） ‘第二段運動到絕對位置（100，120）

END

（3）SP運動指令例子

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1）

DPOS=0，0

ATYPE=1，1

UNITS=100，100

SPEED=100，100 ’運動速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

FORCE_SPEED=150，150 ‘SP指令速度

SRAMP=100，100 ’S曲線

TRIGGER ‘自動觸發(fā)示波器

MOVE（200，150） ’第一段相對運動，速度100

MOVESP（100，120） ‘第二段SP相對運動，速度150

END

三、MOVESP動態(tài)變速

MOVESP直線插補運動采用FORCE_SPEED設(shè)置的速度運動，并且支持STARTMOVE_SPEED自定義每段SP運動的開始速度，ENDMOVE_SPEED自定義每段SP運動的結(jié)束速度，這兩個參數(shù)不使用時請設(shè)置較大值。

例子：

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE（0）

WAIT IDLE（1）

BASE（0，1） ’選擇XY

DPOS = 0，0

MPOS = 0，0

ATYPE=1，1 ‘脈沖方式步進(jìn)或伺服

UNITS = 100，100 ’脈沖當(dāng)量

SPEED = 100，100

ACCEL = 200，200

DECEL = 200，200

SRAMP=100，100 ‘S曲線

TRIGGER

’第一段

FORCE_SPEED = 50 ‘第一段速度50

MOVESP（40，40）

’第二段

FORCE_SPEED = 60 ‘第二段速度60

MOVESP（50，50）

’第三段

FORCE_SPEED = 80 ‘第三段速度80

MOVESP（60，60）

END

速度變化曲線：從速度為0開始運動，完成三段直線插補運動，第一段插補的運動速度50，第二段運動速度60，，第三段運動速度80。

四、直線插補的速度倍率控制

直線插補運動中支持SPEED_RATIO設(shè)置當(dāng)前運動速度的比例，使得當(dāng)前運動速度=SPEED* SPEED_RATIO，指令發(fā)送立即生效，故可借助此命令實現(xiàn)動態(tài)變速。

例子：

RAPIDSTOP（2）

WAIT IDLE

BASE（0，1） ’選擇軸0，1

DPOS=0，0

UNITS=1000，1000

SPEED = 100，100 ‘速度100units/s

ACCEL = 1000，1000

DECEL = 1000，1000

SRAMP = 50，50

TRIGGER

SPEED_RATIO = 1 ’速度比例為1，速度100

MOVE（100，120） ‘直線插補

DELAY（500） ’等待0.5s

SPEED_RATIO = 2 ‘速度200

WAIT UNTIL REMAIN《50 ’等待剩余距離小于50

SPEED_RATIO = 0.5 ‘速度降為50

WAIT IDLE

SPEED_RATIO=1

END

速度變化曲線：

五、直線插補運動暫停與恢復(fù)

MOVE_PAUSE運動暫停適用于插補運動，有以下幾種模式：0（缺?。和．?dāng)前運動。

20170513固件版本增加此功能

例子：

BASE（0，1） ’選擇軸0，1

DPOS=0，0

UNITS=1000，1000

SPEED = 100，100 ‘速度100units/s

ACCEL = 1000，1000

DECEL = 1000，1000

SRAMP = 50，50

TRIGGER

MOVE（100，100） ’當(dāng)前運動

MOVE（50，50） ‘緩沖運動

MOVE_PAUSE（1） ’模式1，當(dāng)前運動完成暫停

DELAY（2000）

MOVE_RESUME ‘恢復(fù)運動，緩沖運動開始執(zhí)行

END

運動曲線如下圖：

05直線插補例程

一、兩軸連續(xù)插補完成五角星軌跡

’總線初始化使能EtherCAT總線驅(qū)動器，脈沖型驅(qū)動器OP打開使能。

BASE（0，1）

UNITS=10000，10000

SPEED=100，100

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

SRAMP=100，100

DPOS=0，0

MPOS=0，0

TRIGGER ‘自動觸發(fā)示波器

’五角星軌跡

MOVEABS（1.4695， 1.0676）

MOVEABS（2.9389， 0.0000）

MOVEABS（2.3776， 1.7275）

MOVEABS（3.8471， 2.7951）

MOVEABS（2.0307， 2.7951）

MOVEABS（1.4695， 4.5225）

MOVEABS（0.9082， 2.7951）

MOVEABS（-0.9082， 2.7951）

MOVEABS（0.5613， 1.7275）

MOVEABS（0.0000， 0.0000）

END

示波器采樣運動隨時間變化的波形：

示波器采樣兩軸插補軌跡：

shn