运动控制系统 第二讲 运动控制系统控制器的构成

• 主要研究方法是特征值描述法
有关特征值计算问题
• 图2-7是梯形曲线特征点示意图，横坐标是时间轴，曲线
有三个特征点 、 、 ，纵坐标有一个特征点 。其中： = 最大速度； amax=最大加速度； =加速度时间； =减速 度时间； =最大速度时间； =整个运动时间。
• 注意：假如由式（2-4）计算出的时间是负值，那么说明 实际速度不可能达到最大速度，而且速度曲线就不是一个 梯形，而是一个三角形。式（2-1）~式（2-4）是梯形速 度曲线特征点基本关系计算式。
•
setpoint[*count] = 0.5*acc_max*t_acc*t_acc
•
+ vel_max*(t_max)
典型T型曲线的优点与缺陷
• T型曲线简单，具有良好速度调节性能；
• 梯形曲线的缺陷是如果加速度和减速度是定值，那么在加 速度段和减速度段，负载会发生抖动。
改进型圆滑曲线 多项式曲线
• 请参阅书 17
【例2-1】
【例2-2】
• 请参阅书17
• 由于时间绝不可能是 负值，因此改变的是 加速和减速时间。

/
2

1 2

max
ta2cc
tacc ( / max )
0.1 0.316 s
• 所以，得出
tmax 0.116 s
• 其结论是速度不可能达到最大速度。由于梯形曲线特征点 参数设置不合理，故导致梯形曲线变化成三角形曲线，显 然这种状况属于异常情况。
• t_2 = t_acc + t_max;
• t_total = t_acc + t_max + t_acc;
• *count = 0;
• for(t = 0.0; t <= t_total; t += t_step){
•
if(t < t_1){
•
setpoint[*count] = 0.5*acc_max*t*t + theta_start;
• double vel_max, double acc_max.
• double theta_start, double theta_end.
• double setpoint[ ], int *count){
• double t. t_1, t_2, t_total;
• t_1 = t_acc;
2.2.2 轨迹生成器
• 轨迹生成器的主要作用就是根据运动任务要求，为系统生 成运动轨迹，作为运动系统控制器插补器的输入设定。轨 迹生成器的职责是把运动控制器的输入转化为系统希望得 到的理想轨迹。运动轨迹是运动系统必须要完成的运动任 务。就运动控制器而言，轨迹生成器是运动控制器三个核 心部件之一，轨迹生成器性能好与坏对运动控制器的起着 至关重要的影响。
计算公式
• 根据已知参数计算运 动曲线，设置曲线的 特征点可以根据下述 方程确定。
• 公式2-5~ 2-8，详见教 材第二章第18页。
• 请注意 条件与时序段

(t)
start

1 2

maxt
2
特征点计算的C语言子程序
• void generate_setpoint_table(
• double t_acc, double t_max, double t_step.
•
} else if((t >= t_1)&&(t < t_2)){
wenku.baidu.com
•
Setpoint[*count] = 0.5*acc_max*t_acc*t_acc
•
+vel_max*(t – t_1) + theta_start;
•
} else if((t >= t_2)) && (t < t_total)){
执行器及位置或者速度反馈单元构成的，如图2-1所示。
• 2.1.2 运动控制系统的任务
• 任务是具体对象对运动系统的要求，其形态可以是路径、 位置增量或位移、移动速度，也可以是速度的变化率—— 加速度，还可以是驱动力或驱动力矩。
2.2 运动控制器的基本原理
• 2.2.1 运动控制器的构成
• 运动控制器由轨迹生成器、插补器、控制回路和 步序发生器四部分构成，如图2-3所示。其基本原 理为：运动控制器根据任务的需要，首先由轨迹 生成器计算出任务希望的理想轨迹，插补器根据 位置或者速度反馈单元的实际状态，按照轨迹生 成器的要求，计算出驱动单元下一步将要执行的 命令，然后交由控制回路进行精确控制。如果是 步进电机，则还有一部分就是步序发生器，步序 发生器根据控制回路控制指令进一步生成控制相 序和脉冲，达到控制运动对象的目的。
• 在某些场合，这种抖动希望能减小到最小，故多项式曲线 就起到这样的作用。
图2-9 多项式曲线
多项式曲线
• 图2-9所示的是一种典型的多项式曲线。 由图可见，在加速度段和减加速度段， 速度由多项式表示。这种多项式曲线 的最大特色为速度平滑，稳定性好， 不存在负载抖动的问题。
• 我们这里所说的轨迹是广义轨迹，广义轨迹的轨迹可以是 路径或者轮廓轨迹，也可以是速度轨迹，还可以是加速度 轨迹。狭义的轨迹特指路径或者轮廓轨迹。
图2-4 预设编码值与停止指令
1．点对点运动轨迹
• 最简单、最直接的运动曲线是点对点运动轨迹，虽然轨迹 很多！！！
用途
• 点对点运动的应用范围十分宽广，包括各种大型医疗自动 化诊疗设备，例如CT机、MR核磁共振等；机械制造业使 用的各类加工中心、数控机床等；科学研究领域的自动检 测与定位仪器；军事领域中的自动定位跟追、自动瞄准系 统等；民用自动设施，如电梯，需要注意的是自动扶梯不 是点对点式运动。点对点这种运动形式的运动特点是运动 需求描述简单，控制容易；点对点运动方式，从起点开始， 负载速度从零开始，加速到设定速度，稳定运行，然后减 速至停止，此时被控对象到达目标位置--终点。一个典型 的点对点运动，速度是从零的开始和结束的运动，并启动 加速和停止减速都是平滑的。
第2章 运动控制器技术
• 控制器的作用 • 类比房屋 • 评判一个运动控制系统是否成功的标准？ • 运动控制器及其运动控制软件是否合适！ • 运动控制器是运动控制系统的核心！对运动控制系统的性
能起着关键的作用。
2.1 运动控制系统简介
• 2.1.1 运动控制系统的构成 • 运动控制系统是由运动需求、运动控制器、驱动控制器、