EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器的直線插補(bǔ)解析

本節(jié)課程主要通過(guò)幾個(gè)部分講解直線插補(bǔ)，分別為EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器介紹、運(yùn)動(dòng)控制器直線插補(bǔ)的原理、功能、實(shí)現(xiàn)方式和例程仿真演示。

01、XPLC864E2介紹

XPLC864E2是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的一款多軸經(jīng)濟(jì)型EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器，XPLC系列運(yùn)動(dòng)控制器可應(yīng)用于各種需要脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行的場(chǎng)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(guò)交換機(jī)擴(kuò)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(gè)脈沖信號(hào)輸出，另帶兩路編碼器輸入，由輸入口配置。

通過(guò)擴(kuò)展最多支持12軸直線插補(bǔ)、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(bǔ)原理

直線插補(bǔ)算法采用數(shù)據(jù)采樣法，插補(bǔ)用小段直線來(lái)逼近給定軌跡，插補(bǔ)輸出的是下一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各軸要運(yùn)動(dòng)的距離，不需要每走一個(gè)脈沖當(dāng)量就插補(bǔ)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(shí)間分割思想，根據(jù)進(jìn)給速度f(wàn)和插補(bǔ)周期t，將廓型曲線分割成一段段的輪廓步長(zhǎng)l，l=ft，然后計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)周期參與插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的每個(gè)軸的坐標(biāo)增量。

03、直線插補(bǔ)功能

一、直線插補(bǔ)特點(diǎn)

直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)通過(guò)BASE指令選擇軸號(hào)/軸組，控制多軸聯(lián)動(dòng)，完成直線運(yùn)動(dòng)。

主軸是BASE選擇的第一個(gè)軸，插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)UNITS、SPEED等均采用主軸的參數(shù)，發(fā)送MOVE直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)指令，插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)在主軸的運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)中按順序執(zhí)行，CANCEL指令取消插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)急停。

1.支持16軸直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)

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(shí)插補(bǔ)

BASE（0，1）

MOVE（100，200）

BASE（2，3，4）

MOVE（30，40，50）

二、插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算

以二軸直線插補(bǔ)為例：軸0和軸1兩軸參與直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，如下圖。

二軸直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)從平面的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，XY軸同時(shí)啟動(dòng)，并同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，設(shè)置軸0的運(yùn)動(dòng)距離為?X，軸1的運(yùn)動(dòng)距離為?Y，主軸是BASE的第一個(gè)軸（此時(shí)主軸為軸0），插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)參數(shù)采用主軸的參數(shù)。

若插補(bǔ)主軸運(yùn)動(dòng)速度為S（主軸軸0的設(shè)置速度），各個(gè)軸的實(shí)際速度為主軸的分速度，不等于S，此時(shí)：

插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的距離：X=［（?X）2+（?Y）2］?

軸0實(shí)際速度：S0=S×?X/X

軸1實(shí)際速度：S1=S×?Y/X

04、直線插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)

XPLC864E2內(nèi)置直線插補(bǔ)算法，支持8個(gè)EtherCAT總線軸聯(lián)合直線插補(bǔ)，可擴(kuò)展支持12軸插補(bǔ)，采用MOVE直線插補(bǔ)指令，便可輕松高效完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

一、直線插補(bǔ)相關(guān)指令

1.MOVE發(fā)送脈沖給驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

語(yǔ)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(bǔ)的軸號(hào)，即MOVE運(yùn)動(dòng)發(fā)送給哪些軸。

語(yǔ)法：BASE（axis1 ［，axis 2 ［，axis 3 ［，axis 4.。.］］］）

3.直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)速度比例自由控制，當(dāng)前速度= SPEED*SPEED_RATIO。

語(yǔ)法：SPEED_RATIO（軸號(hào)） = value

4.運(yùn)動(dòng)暫停與恢復(fù)，MOVE_PAUSE暫停，MOVE_RESUME恢復(fù)運(yùn)動(dòng)。

語(yǔ)法：MOVE_PAUSE（mode）

5.運(yùn)動(dòng)取消，軸/軸組減速停止，CANCEL（2）為急停，RAPIDSTOP（2）為全部軸急停。

語(yǔ)法：CANCEL（mode） AXIS（主軸），RAPIDSTOP（mode）

二、直線插補(bǔ)類型

1.直線插補(bǔ)有以下三種形式可選：

（1）MOVE相對(duì)運(yùn)動(dòng)指令插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的距離參數(shù)為與當(dāng)前插補(bǔ)起點(diǎn)的相對(duì)距離，采用SPEED速度。（2）MOVEABS絕對(duì)運(yùn)動(dòng)指令插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的距離參數(shù)為相對(duì)于原點(diǎn)的絕對(duì)距離，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)指令后方加上ABS后綴，采用SPEED速度。（3）MOVESP/MOVEABSSP運(yùn)動(dòng)指令帶SP的指令運(yùn)動(dòng)速度采用FORCE_SPEED強(qiáng)制速度參數(shù)運(yùn)動(dòng)，而不是SPEED參數(shù)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)指令或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)指令后方加上SP后綴即可。FORCE_SPEED參數(shù)能進(jìn)入運(yùn)動(dòng)緩沖區(qū)，方便實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變速。2.三類運(yùn)動(dòng)形式的區(qū)別采用下方例子展開(kāi)說(shuō)明：（1）相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)觸發(fā)示波器

MOVE（200，150） ‘第一段終點(diǎn)（200，150）

MOVE（100，120） ’第二段終點(diǎn)（300，270）

END

（2）絕對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度

ACCEL=1000，1000

DECEL=1000，1000

SRAMP=100，100 ’S曲線

TRIGGER ‘自動(dòng)觸發(fā)示波器

MOVEABS（200，150） ’第一段

MOVEABS（100，120） ‘第二段運(yùn)動(dòng)到絕對(duì)位置（100，120）

END

（3）SP運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)觸發(fā)示波器

MOVE（200，150） ’第一段相對(duì)運(yùn)動(dòng)，速度100

MOVESP（100，120） ‘第二段SP相對(duì)運(yùn)動(dòng)，速度150

END

三、MOVESP動(dòng)態(tài)變速

MOVESP直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)采用FORCE_SPEED設(shè)置的速度運(yùn)動(dòng)，并且支持STARTMOVE_SPEED自定義每段SP運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始速度，ENDMOVE_SPEED自定義每段SP運(yùn)動(dòng)的結(jié)束速度，這兩個(gè)參數(shù)不使用時(shí)請(qǐng)?jiān)O(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(kāi)始運(yùn)動(dòng)，完成三段直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，第一段插補(bǔ)的運(yùn)動(dòng)速度50，第二段運(yùn)動(dòng)速度60，，第三段運(yùn)動(dòng)速度80。

四、直線插補(bǔ)的速度倍率控制

直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中支持SPEED_RATIO設(shè)置當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度的比例，使得當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度=SPEED* SPEED_RATIO，指令發(fā)送立即生效，故可借助此命令實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(bǔ)

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(bǔ)運(yùn)動(dòng)暫停與恢復(fù)

MOVE_PAUSE運(yùn)動(dòng)暫停適用于插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，有以下幾種模式：0（缺?。和．?dāng)前運(yùn)動(dòng)。

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(yùn)動(dòng)

MOVE（50，50） ‘緩沖運(yùn)動(dòng)

MOVE_PAUSE（1） ’模式1，當(dāng)前運(yùn)動(dòng)完成暫停

DELAY（2000）

MOVE_RESUME ‘恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，緩沖運(yùn)動(dòng)開(kāi)始執(zhí)行

END

運(yùn)動(dòng)曲線如下圖：

05直線插補(bǔ)例程

一、兩軸連續(xù)插補(bǔ)完成五角星軌跡

’總線初始化使能EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器，脈沖型驅(qū)動(dòng)器OP打開(kāi)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(dòng)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(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的波形：

示波器采樣兩軸插補(bǔ)軌跡：

shn