用于控制電機的方法和系統與流程

本發明的各實施方式涉及控制電機，更具體地，涉及利用伺服驅動器來實現多個電機的多軸同步的方法和系統。

背景技術：

伺服驅動器在伺服系統中控制電機的運轉。伺服驅動器可以準確地控制速度、位置精度，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。在工業生產中經常使用伺服電機來控制生產線上的各種設備。

例如，在二維繪圖儀中，可以分別使用兩個伺服驅動器來控制二維繪圖儀的繪圖元件沿X軸和Y軸兩個方向的運動。由于繪圖元件沿X軸和Y軸的運動軌跡是分別由兩個伺服驅動器來控制的，因而這兩個伺服驅動器在驅動相應電機時必須達到精確同步，才能保證繪圖元件能夠在XY平面上繪制出期望的圖形。

又例如，在三維雕刻機中，可以分別使用三個伺服驅動器來控制三維雕刻機的雕刻刀沿X、Y和Z軸三個方向的運動。此時，三個伺服驅動器在驅動相應電機時必須達到精確同步，才能保證雕刻刀能夠在XYZ空間中雕刻出期望的形狀。此外，在工業生產線上還 可能遇到四個甚至更多電機的轉軸需要嚴格同步的情況，此時，如何精確地控制并實現多軸同步成為一項亟待解決的問題。

技術實現要素：

因而，期望能夠開發一種能夠準確、高效地實現電機的多軸同步的技術方案。期望該技術方案可以充分利用現有的伺服驅動器中的已有功能和設置，并且以盡可能簡單和低成本的方式，來實現多軸同步。

在本發明的一個實施方式中，提供了一種用于控制電機的方法，包括：從第一伺服驅動器中獲取用于驅動第一電機的第一運動序列；從第二伺服驅動器中獲取用于驅動第二電機的第二運動序列；以及在同步信號的控制下，利用所述第一伺服驅動器驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作，以及利用所述第二伺服驅動器驅動所述第二電機按照所述第二運動序列操作。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：利用信號發生器生成所述同步信號。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：利用所述第一伺服驅動器和所述第二伺服驅動器中的任一項生成所述同步信號。

在本發明的一個實施方式中，提供了一種用于控制電機的系統，包括：第一伺服驅動器，被配置以存儲用于驅動第一電機的第一運動序列；第二伺服驅動器，被配置以存儲用于驅動第二電機的第二運動序列；其中所述第一伺服驅動器進一步被配置以在同步信號的 控制下，驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作，以及所述第二伺服驅動器被配置以在所述同步信號的控制下，驅動第二電機按照第二運動序列操作。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：信號發生器，被配置以生成所述同步信號。

在本發明的一個實施方式中，所述第一伺服驅動器和所述第二伺服驅動器中的任一項被配置以生成所述同步信號。

在本發明的一個實施方式中，所述第一伺服驅動器進一步被配置以存儲所述第二運動序列；或者所述第二伺服驅動器進一步被配置以存儲所述第二運動序列。

采用本發明所述的方法和系統，可以充分利用現有的伺服驅動器中的已有功能和設置，并且以盡可能簡單和低成本的方式，來實現多軸同步。另外，采用本發明所述的方法和裝置，還可以簡化現有的多軸同步技術方案，可以在不使用同步控制器和高速總線的情況下精確地控制多個電機的操作。

附圖說明

通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示意性示出了根據一個技術方案的用于實現多軸同步的技術方案的框圖；

圖2示意性示出了根據另一技術方案的用于實現多軸同步的技術方案的框圖；

圖3示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的技術方案的框圖；

圖4示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的方法的流程圖；

圖5示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的技術方案的更多細節；

圖6示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的技術方案的更多細節；

圖7A示意性示出了根據本發明一個實施方式的第一運動序列的圖示，以及圖7B示意性示出了根據本發明一個實施方式的第二運動序列的圖示；以及

圖8示意性示出了根據本發明一個實施方式的根據多個運動序列來驅動多個電機的操作的圖示。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠將本公開的范圍完整地傳達給本領域的技術人員。

現有技術中已經提出了用于控制多個電機的多軸同步的技術方案。具體地，在高端設備中，可以采用控制器和高速總線來實現多軸同步。圖1示意性示出了根據一個技術方案的用于實現多軸同步的技術方案的框圖100。如圖1所示，控制器110耦合至高速總線120，并且可以經由高速總線120來向多個伺服驅動器130、132和134發出控制命令。應當注意，盡管如圖1所示的架構100可以精確地控制伺服驅動器130、132和134進而驅動相應的電機(在圖1中未示出)，該架構100的設計和實現相對復雜并且控制器110和高速總線120具有較高的成本。因而，如圖1所示的技術方案僅僅適合于在高端的大型多軸同步系統中使用，并不適合于低端系統。

圖2示意性示出了根據另一技術方案的用于實現多軸同步的技術方案的框圖200。如圖2所示的技術方案的實現較為簡單并且成本相對較低，適合于在低端或者小型系統中使用。控制器210中存儲用于驅動電機時使用的序列數據。具體地，控制器210可以存儲用于由伺服驅動器130使用的第一運動序列220、用于由伺服驅動器132使用的的第二運動序列222、以及用于由伺服驅動器134使用的第三運動序列224。在圖2所示的技術方案中，在以脈沖串方式傳輸的位置命令(例如，脈沖串位置命令序列230)的控制下，各個伺服驅動器可以按照自己的運動序列來驅動電機。例如，伺服驅動器130可以驅動電機來按照第一運動序列220操作，伺服驅動器132可以驅動電機來按照第二運動序列222操作，以及伺服驅動器134可以驅動電機來按照第三運動序列224操作。

盡管如圖1和圖2所示的技術方案在一定程度上實現了多個電機的多軸同步，然而，這兩個技術方案都需要購買并配置專用的設備(例如，圖1的技術方案需要專用控制器110和高速總線120，圖2的技術方案需要專用控制器210)，才能實現多軸同步的目的。因而，期望能夠開發出一種在無需額外的專用設備的情況下，實現多軸同步的技術方案。

應當注意，為清楚起見，在附圖中省略了伺服驅動器所驅動的電機。本領域技術人員可以根據具體應用環境的要求來配置電機。例如，電機可以被集成在伺服驅動器中，或者還可以作為獨立的硬件設備耦合至伺服驅動器。

針對上述現有技術方案中的諸多不足，本發明的各個實施方式提供了一種用于控制電機的方法，包括：從第一伺服驅動器中獲取用于驅動第一電機的第一運動序列；從第二伺服驅動器中獲取用于驅動第二電機的第二運動序列；以及在同步信號的控制下，利用所述第一伺服驅動器驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作，以及利用所述第二伺服驅動器驅動所述第二電機按照所述第二運動序列操作。

具體地，圖3示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的技術方案的框圖300。根據本發明的實施方式，用于驅動每個電機的運動序列可以被存儲在對應的伺服驅動器中。具體而言，用于驅動一個電機的一個運動序列320可以被存儲至一個伺服驅動器330中，而用于驅動另一電機的另一運動序列322可以被存 儲至可以被存儲至另一伺服驅動器332中。

以此方式，伺服驅動器330和332在同步信號310的控制下，即可分別驅動第一電機按照運動序列320操作，并驅動第二電機按照運動序列322操作。具體而言，當伺服驅動器330和332分別用于控制驅動繪圖儀的繪圖元件的電機時，繪圖元件即可按照預先存儲的第一運動序列320和第二運動序列322來在XY平面上繪制出期望的圖像。

圖4示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的方法的流程圖400。如圖4所示，在步驟S410中，從第一伺服驅動器中獲取用于驅動第一電機的第一運動序列。采用本發明的各個實施方式，可以在無需控制器(例如，圖1和圖2中所示的控制器110和210)的情況下，控制多個電機的同步操作。此時，用于驅動各個電機的運動序列可以存儲在相應的伺服驅動器中，以便在使用時可以直接由伺服驅動器調取。

在步驟S420中，從第二伺服驅動器中獲取用于驅動第二電機的第二運動序列。在本發明的各個實施方式中，用于控制一個電機的運動序列可以存儲在用于驅動該電機的伺服驅動器中，也可以存儲在用于驅動其他電機的伺服驅動器中。

具體而言，用于控制第二電機的第二運動序列可以存儲在用于驅動該第二電機的第二伺服驅動器中。此時，需要從第二伺服驅動器中獲取第二運動序列。

在步驟S430，在同步信號的控制下，利用所述第一伺服驅動器 驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作，以及利用所述第二伺服驅動器驅動所述第二電機按照所述第二運動序列操作。

繼續上文繪圖儀的示例，當只有兩個伺服驅動器用于控制繪圖元件在XY方向的運動時，繪圖元件在XY屏幕上繪制出的是連續的線型(例如，直線、折線、曲線等)。當繪圖元件具有三個自由度(X、Y和Z)時，則第三個伺服驅動器可以控制繪圖元件的Z方向的操作，以便在繪圖期間模擬“落筆”和“抬筆”操作。此時，在用于控制X、Y和Z三個方向的伺服驅動器的操縱下，繪圖儀可以繪制出更加復雜的圖像。

在本發明的一個實施方式中，利用信號發生器生成所述同步信號。圖5示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的技術方案的更多細節。如圖5所示，伺服驅動器330和伺服驅動器332可以接收同步信號310。此時，可以利用信號發生器510來生成同步信號310。在本發明的一個實施方式中，信號發生器510可以是PLC(可編程序控制器)、計算機、以及各種專業控制器等可以發出符合要求的同步信號的設備。應當注意，盡管在圖5中僅僅示意性示出了兩個伺服驅動器330和332，在本發明的其他實施方式中，還可以存在三個或者更多的伺服驅動器。此時，三個或者更多的伺服驅動器均接收同步信號310。

在本發明的一個實施方式中，利用所述第一伺服驅動器和所述第二伺服驅動器中的任一項生成所述同步信號。圖6示意性示出了根據本發明一個實施方式的用于實現多軸同步的技術方案的更多細 節。如圖6所示，此時伺服驅動器330還可以充當提供同步信號310的信號源，以便向伺服驅動器332提供同步信號310。應當注意，盡管在圖6中僅僅示意性示出了兩個伺服驅動器，在本發明的其他實施方式中，還可以存在三個或者更多的伺服驅動器。在同步信號310的控制下，每個伺服驅動器都可以驅動相應的電機來按照預先存儲在該伺服驅動器中的運動序列操作電機。

此時，第三個、第四個伺服驅動器都以類似于伺服驅動器332的方式，接收來自伺服驅動器330的同步信號310。在同步信號310的控制下，每個伺服驅動器都可以驅動相應的電機來按照預先存儲在該伺服驅動器中的運動序列操作電機。

在本發明的一個實施方式中，所述同步信號是單頻率脈沖串、多頻率脈沖串以及非周期脈沖串中的任一項。應當注意，在本發明的上下文中并不限制同步信號的形式，例如，同步信號可以是200KHz的單頻率脈沖串。或者，在不同的時間區間，同步信號可以具有不同的頻率；或者，同步信號還可以是非周期脈沖。同步信號的性質是基于期望多個電機所實現的目的而設置的。

在本發明的一個實施方式中，所述第一運動序列是基于時間的用于驅動所述第一電機的第一序列；以及所述第二運動序列是基于時間的用于驅動所述第二電機的第二序列。在此實施方式中各個運動序列都是基于時間而設置的，在此基于時間的含義是指，運動序列中指明了在不同的時間點時電機的目標。

具體地，可以以不同的數據結構來描述運動序列。圖7A示意性 示出了根據本發明一個實施方式的第一運動序列的圖示700A，以及圖7B示意性示出了根據本發明一個實施方式的第二運動序列的圖示700B。繼續上文繪圖儀的示例，圖7A中示出的運動序列可以是用于控制繪圖儀的繪圖元件沿X軸方向運動的軌跡，而圖7B中示出的運動序列可以是用于控制繪圖儀的繪圖元件沿Y軸方向運動的軌跡。此時，在運動序列中的每個時間點處，可以分別基于圖7A和圖7B來找到繪圖元件的位置。以此方式，繪圖元件即可繪制出期望的圖像。

應當注意，在此實施方式中，同步信號的頻率可以指示兩個電機同步的相鄰時間點之間的差值。例如，當同步信號的頻率為200KHz時，則兩個電機每隔5μs同步一次。具體而言，在時間為0時，繪圖元件位于坐標原點(X＝Y＝0)處；在時間為5μs時，繪圖元件位于坐標(x，y)處，其中x和y分別為從圖7A和圖7B中獲得的在時間為5μs時的縱坐標；當時間為10μs、15μs、20μs…時，操作類似。

在本發明的一個實施方式中，所述第一序列是第一電機的速度、位置以及轉矩中的任一項；以及所述第二序列是第二電機的速度、位置以及轉矩中的任一項。

應當注意，在上文圖7A和圖7B中僅圖示了以位置來描述電機的運動序列的情況。由于電機的位置與電機的速度和轉矩之間具有對應關系，因而還可以采用電機的轉速和轉矩來描述運動序列。在此不再贅述。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：在所述同步信號的控制下，校準所述第一伺服驅動器的第一時鐘，以及校準所述第二伺服驅動器的第二時鐘。應當注意，為了更加精確地控制多個電機的同步，還可以在啟動該多個電機之前，利用同步信號校準分別用于驅動該多個電機的多個伺服驅動器。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：在同步信號的控制下，利用所述第一伺服驅動器驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作，以及利用所述第二伺服驅動器驅動所述第二電機按照所述第二運動序列操作進一步包括：基于經校準的所述第一時鐘，在所述同步信號的控制下，利用所述第一伺服驅動器驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作；以及基于經校準的所述第二時鐘，在所述同步信號的控制下，利用所述第二伺服驅動器驅動所述第二電機按照所述第二運動序列操作。在此實施方式中，基于校準后的時鐘信號，由各個伺服驅動器來在同步信號的控制下分別驅動相應的電機按照各自的運動序列操作。

在本發明的一個實施方式中，所述第一電機被集成在所述第一伺服驅動器中，或者被耦合至所述第一伺服驅動器；以及所述第二電機被集成在所述第二伺服驅動器中，或者被耦合至所述第二伺服驅動器。在此實施方式中，并不限定電機與伺服驅動器是獨立的硬件設備還是被集成在一個硬件設備中。本領域技術人員可以根據具體應用環境的需求來相應地進行處理。

圖8示意性示出了根據本發明一個實施方式的根據多個運動序 列來驅動多個電機的操作的圖示800。如圖8所示，第一運動序列810、第二運動序列812、第三運動序列814和同步信號816分別如圖8中所示。上述運動序列和同步信號一起用于控制如圖8下部所示的三個伺服驅動器。

繼續上文繪圖儀的示例，第一伺服驅動器820配置用于驅動繪圖儀的繪圖元件沿X方向的運動，第二伺服驅動器822配置用于驅動繪圖儀的繪圖元件沿Y方向的運動，以及第三伺服驅動器820配置用于驅動繪圖儀的繪圖元件沿Z方向的運動。在第一伺服驅動器820、第二伺服驅動器822和第三伺服驅動器824的控制下，相應的第一、第二和第三電機(未示出)可以將繪圖元件沿著三個坐標軸自由地移動(例如，移動至虛線所示的位置處)，以便繪制出期望的圖像。

在本發明的一個實施方式中，提供了一種用于控制電機的系統，包括：第一伺服驅動器，被配置以存儲用于驅動第一電機的第一運動序列；第二伺服驅動器，被配置以存儲用于驅動第二電機的第二運動序列；其中所述第一伺服驅動器進一步被配置以在同步信號的控制下，驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作，以及所述第二伺服驅動器被配置以在所述同步信號的控制下，驅動第二電機按照第二運動序列操作。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：信號發生器，被配置以生成所述同步信號。

在本發明的一個實施方式中，所述第一伺服驅動器和所述第二 伺服驅動器中的任一項被配置以生成所述同步信號。

在本發明的一個實施方式中，所述同步信號是單頻率脈沖串、多頻率脈沖串以及非周期脈沖串中的任一項。

在本發明的一個實施方式中，所述第一運動序列是基于時間的用于驅動所述第一電機的第一序列；以及所述第二運動序列是基于時間的用于驅動所述第二電機的第二序列。

在本發明的一個實施方式中，所述第一序列是第一電機的速度、位置以及轉矩中的任一項；以及所述第二序列是第二電機的速度、位置以及轉矩中的任一項。

在本發明的一個實施方式中，進一步包括：校準裝置，被配置以在所述同步信號的控制下，校準所述第一伺服驅動器的第一時鐘，以及校準所述第二伺服驅動器的第二時鐘。

在本發明的一個實施方式中，所述第一伺服驅動器進一步被配置以基于經校準的所述第一時鐘，在所述同步信號的控制下，利用所述第一伺服驅動器驅動所述第一電機按照所述第一運動序列操作；以及所述第二伺服驅動器進一步被配置以基于經校準的所述第二時鐘，在所述同步信號的控制下，利用所述第二伺服驅動器驅動所述第二電機按照所述第二運動序列操作。

在本發明的一個實施方式中，所述第一電機被集成在所述第一伺服驅動器中；以及所述第二電機被集成在所述第二伺服驅動器中。

前面已經參考附圖描述了實現本發明的方法的各個實施方式。本領域技術人員可以理解的是，上述方法既可以以軟件方式實現， 也可以以硬件方式實現，或者通過軟件與硬件相結合的方式實現。并且，本領域技術人員可以理解，通過以軟件、硬件或者軟硬件相結合的方式實現上述方法中的各個步驟，可以提供一種基于相同發明構思的一種設備。即使該設備在硬件結構上與通用處理設備相同，由于其中所包含的軟件的作用，使得該設備表現出區別于通用處理設備的特性，從而形成本發明的各個實施方式的設備。本發明中所述設備包括若干裝置或模塊，所述裝置或模塊被配置為執行相應步驟。本領域的所述技術人員通過閱讀本說明書可以理解如何編寫程序實現所述裝置或模塊執行的動作。由于所述設備與方法基于相同的發明構思，因此其中相同或相應的實現細節同樣適用于與上述方法對應的裝置或模塊，由于其在上文中已經進行了詳細和完整的描述，因此在下文中可能不再進行贅述。

附圖中的流程圖和框圖顯示了根據本發明的多個實施方式的系統、方法的可能實現的體系架構、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或指令的一部分，所述模塊、程序段或指令的一部分包含一個或多個用于實現規定的邏輯功能的可執行指令。在有些作為替換的實現中，方框中所標注的功能也可以以不同于附圖中所標注的順序發生。例如，兩個連續的方框實際上可以基本并行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執行規定的功能或動作的專用的基于硬件的系統來實現，或者可以用專用 硬件與計算機指令的組合來實現。

以上已經描述了本發明的各實施方式，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施方式。在不偏離所說明的各實施方式的范圍和精神的情況下，對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施方式的原理、實際應用或對市場中的技術的技術改進，或者使本技術領域的其他普通技術人員能理解本文披露的各實施方式。