專利名稱：電子凸輪控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及伺服電機控制領域，更具體地說，涉及一種具有運動控制功能的電子凸輪控制裝置及方法。
背景技術：
電子凸輪(Electronic CAM)是模擬機械凸輪的一種智能控制器，它通過位置傳感器(如旋轉變壓器或編碼器等)將位置信息反饋給處理單元，由處理單元將接收到的位置信號進行解碼、運算處理，并按設定要求在指定位置將電平信號進行設置并輸出。電子凸輪可以應用在諸如汽車制造、冶金、機械加工、紡織、印刷、食品包裝、水利水電等各個領域。隨著工業自動化的不斷升級及自動化產品的工藝越來越復雜，為了滿足特殊外形及工藝的要求，往往需要使伺服電機運行各種不同的曲線。如圖1所示，是傳統的多軸曲線插補控制方案的實例，通過運動控制器11處理執行機構位置反饋，并通過伺服放大器12進行電機傳動控制。此外，還有通過PLC加伺服驅動器進行多軸曲線插補控制的方案。然而上述兩種傳統控制方案需要編程，實現成本較高、控制難度大而且可靠性相對較弱。并且上述PLC加伺服驅動器的方案一般只進行停料剪切方式，效率低。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對上述電子凸輪控制成本高、控制單獨大、可靠性低的問題，提供一種具有運動控制功能的電子凸輪控制裝置及方法。本發明解決上述技術問題的技術方案是，提供一種電子凸輪控制裝置，包括伺服驅動模塊且該伺服驅動模塊包括位置環，所述電子凸輪控制裝置還包括參考位置獲取模塊以及電子凸輪模塊，其中所述參考位置獲取模塊用于獲取主軸位置，所述電子凸輪模塊根據所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊的位置環，所述伺服驅動模塊根據所述位置環的輸入向伺服電機輸出控制信號。在本發明所述的電子凸輪控制裝置中，所述電子凸輪控制裝置還包括存儲模塊，所述電子凸輪模塊使用一個插補方程計算從軸運行位置，所述存儲模塊中存儲有所述插補方程的多組常量及每一組常量對應的主軸位置，所述電子凸輪模塊根據主軸位置從存儲模塊中選擇一組常量代入插補方程進行計算。在本發明所述的電子凸輪控制裝置中，所述插補方程為Y = AQ+A1X+A2X2+A3X3，其中所述ApApAyA3為常量，Y為從軸運行位置，X為主軸位置,所述電子凸輪控制裝置還包括常量設置模塊，用于調整所述存儲模塊中常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。在本發明所述的電子凸輪控制裝置中，在切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時，所述存儲模塊中包括四組常量，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化，第二組常量使所述插補方程的輸出與前一主軸位置的輸出相同。在本發明所述的電子凸輪控制裝置中，在切料長和刀棍周長的比值小于2時，所述存儲模塊中包括兩組常量，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。
在本發明所述的電子凸輪控制裝置中，所述參考位置獲取模塊與電子凸輪模塊通過內部數據流通信或通過數據總線連接。本發明還提供一種電子凸輪控制方法，用于控制電子凸輪運行，該方法包括以下步驟:步驟(a):獲取主軸位置；步驟(b):根據所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊的位置環；步驟(C):所述伺服驅動模塊根據所述位置環的輸入向伺服電機輸出控制信號。在本發明所述的電子凸輪控制方法中，所述步驟(b)中使用一個插補方程計算從軸運行位置，該步驟中包括:(bl)根據所述主軸位置從存儲的所述插補方程的多組常量中選擇一組；(b2)將選擇的一組常量代入插補方程并將主軸位置作為所述插補方程的變量計算從軸運行位置。在本發明所述的電子凸輪控制方法中，所述插補方程為Y = AQ+Aix+A2x2+A3x3，其中所述ApApA2J3為常量。在本發明所述的電子凸輪控制方法中，在切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時，所述存儲的插補方程的常量包括四組，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化，第二組常量使所述插補方程的輸出與前一主軸位置的輸出相同。在本發明所述的電子凸輪控制方法中，在切料長和刀棍周長的比值小于2時，所述存儲的插補方程的常量包括兩組，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。本發明的電子凸輪控制裝置及方法，將主軸位置獲取、插補運算及伺服驅動集成在一起，減少了指令傳輸中的不可靠因素，增強了電子凸輪控制的可靠性，同時節省了成本。本發明只需知道剪切長度和測量料長裝置的基本參數，即可進行剪切，而無需編碼。
圖1是現有電子凸輪控制方案的示意圖。圖2是本發明電子凸輪控制裝置第一實施例的示意圖。圖3是本發明電子凸輪控制裝置第二實施例的示意圖。圖4是本發明電子凸輪控制方法實施例的流程圖。圖5是伺服驅動模塊工作原理圖。圖6是切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時的電子凸輪運行曲線示意圖。圖7是切料長和刀棍周長的比值小于2時電子凸輪運行曲線示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖2所示，是本發明電子凸輪控制裝置第一實施的示意圖。在本實施例中，電子凸輪控制裝置20包括參考位置獲取模塊21、電子凸輪模塊22以及伺服驅動模塊23。上述伺服驅動模塊23用于實現伺服電機運行控制，其包括一個位置環，電子凸輪模塊22的輸出端直接連接到上述位置環。參考位置獲取模塊21用于通過位置反饋元件獲取主軸位置，電子凸輪模塊22根據所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊23的位置環，伺服驅動模塊23根據位置環的輸入向伺服電機28輸出控制信號。為實現增強操作性及可靠性，可將上述參考位置獲取模塊21、電子凸輪模塊22以及伺服驅動模塊23集成到同一殼體或同一控制板上。參考位置獲取模塊21與電子凸輪模塊22可通過內部數據流通信，也可通過數據總線連接。上述主軸可以為執行機構29中便于獲取其位置的參考軸(例如可以是伺服電機驅動或者異步電機驅動并與執行機構29的主軸同步的轉軸)。該主軸也可以是一個虛擬的軸，僅用于表示輸送的材料的當前位置(相對或者絕對)或速度。如果參考位置獲取模塊21直接獲取是送料速度，則該參考位置獲取模塊21需要將該送料速度轉換成位置信息。上述電子凸輪控制裝置20可應用于鋼筋冷軋機等生產設備中，以控制進行鋼筋切割。在上述設備中個，執行機構29由伺服電機28驅動運行，執行機構29中的從軸通過傳動機構連接到執行機構29的主軸，其中從軸上安裝有切割刀具。電子凸輪模塊22使用一個插補方程計算從軸運行位置，該插補方程如下:Y = Ag+A^+AaX^AgX3(I)
Y1 = A:+2 A2x+3 A3X2(2)其中,其中所述Ac^ApAyA3為常量，Y為從軸運行位置，x為主軸位置。為簡化計算，可將X取值歸一化，有方程(I)、(2)并可得到:Y = A0(3)Y = Ao+Ai+A2JV3(4)Y' =A1(5)Y' = A:+2 A2+3 A3 (6)通過上述4個運算式(3)-(6)，可解得方程的4個常量&、仏、4、^，作為插補方程的系數。電子凸輪模塊22將上述常量代入插補方程，并將參考位置獲取模塊21獲取的主軸位置作為變量X代入插補方程Y = A0+Aix+A2x2+A3x3,即可計算獲得從軸運行位置，并根據當前查考主軸的位置Xn計算從軸的當前位置Yn，從而得到從軸當前周期需要運轉的位置指令 P = Yn-Yn-1。伺服驅動模塊23用于實現從軸位置到伺服電機28控制信號的計算，其原理如圖5所示，包括有位置環、速度環以及轉矩環等。如圖3所示，是本發明電子凸輪控制裝置第二實施的示意圖。在本實施例中，電子凸輪控制裝置30包括參考位置獲取模塊31、電子凸輪模塊32以及伺服驅動模塊33外，還包括存儲模塊34以及常量設置模塊35。存儲模塊34中存儲有電子凸輪模塊32的插補方程的多組常量及每一組常量對應的主軸位置。在電子凸輪控制過程中，電子凸輪模塊32根據參考位置獲取模塊31獲取的主軸位置從存儲模塊34中選擇一組常量代入插補方程進行計算。特別地，在設備切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時，可將從軸運轉分為加速段、同步段、減速段、等待段，如圖6所示。針對上述每一段，存儲模塊34中設有對應的一組常量，即共有四組常量。在同步段，存儲模塊34中對應的一組常量使插補方程的輸出呈線性變化(例如常量= OjA1 = I)，從軸的速度與主軸的速度相同，此時從軸的切割刀具對鋼筋進行剪切。在等待段，存儲模塊34中對應的一組常量使插補方程的輸出與主軸前一位置的輸出保持不變，即從軸的速度為零。在加速段，存儲模塊34中對應的一組常量使從軸的轉速根據主軸的位置從零增加到同步段的轉速。在減速段，存儲模塊34中對應的一組常量使從軸的轉速根據主軸的位置從同步段的轉速減小到零。在設備切料長和刀棍周長的比值小于2時，可將從軸運轉分為調整段和同步段，如圖7所示。針對上述每一段，存儲模塊34中設有對應的一組常量，即共有兩組常量。在同步段，存儲模塊34中對應的一組常量使插補方程的輸出呈線性變化(例如常量Ac^AyA3=0，A1 = I)，從軸的速度與主軸的速度相同，此時從軸的切割刀具對鋼筋進行剪切。在調整段，對應的一組常量使從軸的轉速根據主軸的位置從同步段的轉速減小到零并重新從零增加到同步段的轉速。 常量設置模塊35用于調整存儲模塊34中常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。該常量設置模塊35可采用圖形化人機界面，從而便于操作。通過常量設置模塊35，可隨時調整從軸的運轉，以適應不同的需求。如圖4所示，是本發明電子凸輪控制方法實施例的示意圖，該方法用于控制電子凸輪運行，包括以下步驟:步驟S41:獲取主軸位置，例如通過位置反饋元件等。步驟S42:根據主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊的位置環。步驟S43:伺服驅動模塊根據位置環的輸入向伺服電機輸出控制信號。在上述步驟S42中，可使用一個插補方程計算從軸運行位置，例如采用插補方程Y=Ad+AiX+Ay+A#3,其中Ac^ApAyA3為常量，Y為從軸運行位置，x為主軸位置。其中常量A0, A1, A2, A3可預先存儲多組，每一組對應一段主軸位置。在計算從軸運行位置時，可先根據主軸位置從多組常量中選擇一組，然后將選擇的一組常量代入插補方程并將主軸位置作為插補方程的變量計算從軸運行位置。在設備切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時，可將從軸運轉分為加速段、同步段、減速段、等待段，如圖6所示。上述每一段對應一組常量，即共有四組常量，從而在步驟S42計算從軸運行位置時，分別針對每一段選擇一組常量進行計算。在同步段，對應的一組常量使插補方程的輸出呈線性變化(例如常量慫、A2, A3 = 0，A1 = I)，從軸的速度與主軸的速度相同，此時從軸的切割刀具對鋼筋進行剪切。在等待段，對應的一組常量使插補方程的輸出與主軸前一位置的輸出保持不變，即從軸的速度為零。在加速段，對應的一組常量使從軸的轉速根據主軸的位置從零增加到同步段的轉速。在減速段，對應的一組常量使從軸的轉速根據主軸的位置從同步段的轉速減小到零。在設備切料長和刀棍周長的比值小于2時，可將從軸運轉分為調整段和同步段，如圖7所示。上述每一段對應一組常量，即共有兩組常量，從而在步驟S42計算從軸運行位置時，分別針對每一段選擇一組常量進行計算。在同步段，對應的一組常量使插補方程的輸出呈線性變化(例如常量= OjA1 = I)，從軸的速度與主軸的速度相同，此時從軸的切割刀具對鋼筋進行剪切。在調整段，對應的一組常量使從軸的轉速根據主軸的位置從同步段的轉速減小到零并重新從零增加到同步段的轉速。在上述方法中，還可包括以下步驟:調整存儲的常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。通過該步驟，可隨時調整從軸的運轉，以適應不同的需求。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種電子凸輪控制裝置，包括伺服驅動模塊且該伺服驅動模塊包括位置環，其特征在于:所述電子凸輪控制裝置還包括參考位置獲取模塊以及電子凸輪模塊，其中所述參考位置獲取模塊用于獲取主軸位置，所述電子凸輪模塊根據所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊的位置環，所述伺服驅動模塊根據所述位置環的輸入向伺服電機輸出控制信號。
2.根據權利要求1所述的電子凸輪控制裝置，其特征在于:所述電子凸輪控制裝置還包括存儲模塊，所述電子凸輪模塊使用一個插補方程計算從軸運行位置，所述存儲模塊中存儲有所述插補方程的多組常量及每一組常量對應的主軸位置，所述電子凸輪模塊根據主軸位置從存儲模塊中選擇一組常量代入插補方程進行計算。
3.根據權利要求2所述的電子凸輪控制裝置，其特征在于:所述插補方程為Y=Ac^A1X-A2XiA3X3,其中所述為常量,Y為從軸運行位置，X為主軸位置,所述電子凸輪控制裝置還包括常量設置模塊，用于調整所述存儲模塊中常量的值以及每一組常量對應的主軸位置。
4.根據權利要求2或3所述的電子凸輪控制裝置，其特征在于:在切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時，所述存儲模塊中包括四組常量，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化，第二組常量使所述插補方程的輸出與前一主軸位置的輸出相同。
5.根據權利要求2或3所述的電子凸輪控制裝置，其特征在于:在切料長和刀棍周長的比值小于2時，所述存儲模塊中包括兩組常量，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。
6.根據權利要求1所述的電子凸輪控制裝置，其特征在于:所述參考位置獲取模塊與電子凸輪模塊通過內部數據流通信或通過數據總線連接。
7.一種電子凸輪控制方法，用于控制電子凸輪運行，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟(a):獲取主軸位置； 步驟(b):根據所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊的位置環； 步驟(C):所述伺服驅動模塊根據所述位置環的輸入向伺服電機輸出控制信號。
8.根據權利要求7所述的電子凸輪控制方法，其特征在于:所述步驟(b)中使用一個插補方程計算從軸運行位置，該步驟中包括: (bl)根據所述主軸位置從存儲的所述插補方程的多組常量中選擇一組； (b2)將選擇的一組常量代入插補方程并將主軸位置作為所述插補方程的變量計算從軸運行位置。
9.根據權利要求8所述的電子凸輪控制方法，其特征在于:在切料長和刀棍周長的比值大于或等于2時，所述存儲的插補方程的常量包括四組，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化，第二組常量使所述插補方 程的輸出與前一主軸位置的輸出相同。
10.根據權利要求8所述的電子凸輪控制方法，其特征在于:在切料長和刀棍周長的比值小于2時，所述存儲的插補方程的常量包括兩組，其中第一組常量使所述插補方程的輸出呈線性變化。
全文摘要
本發明提供了一種電子凸輪控制裝置，包括伺服驅動模塊且該伺服驅動模塊包括位置環，所述電子凸輪控制裝置還包括參考位置獲取模塊以及電子凸輪模塊，其中所述參考位置獲取模塊用于獲取主軸位置，所述電子凸輪模塊根據所述主軸位置計算從軸運行位置并將該從軸運行位置輸入伺服驅動模塊的位置環，所述伺服驅動模塊根據所述位置環的輸入向伺服電機輸出控制信號。本發明還提供一種對應的方法。本發明將主軸位置獲取、插補運算及伺服驅動集成一起，減少了指令傳輸中的不可靠因素，增強了電子凸輪控制的可靠性，同時節省了成本。
文檔編號G05B19/06GK103163822SQ20111042580
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者匡兩傳 申請人:蘇州匯川技術有限公司, 深圳市匯川技術股份有限公司