一种基于电子齿轮的跟随控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及电工电子技术领域，特别涉及一种基于电子齿轮的跟随控制方法及其系统，系统包括上位机、电机控制器、主动轴、编码器和从动轴，上位机通过通信接口与电机控制器通信，主动轴与编码器连接，编码器与电机控制器连接，电机控制器与从动轴连接，所述电机控制器包括EEPROM、buffer、电子齿轮模块和补偿模块；本发明专利技术可以实现离线跟随功能，通过利用补偿模块，可以使输出电子齿轮比精确度高，实现从动轴的速度和位置与主动轴保持精确的比例关系，且跟随的从动轴运行平稳，定位准确，噪音小，本发明专利技术可以扩大电子齿轮的应用场景，简化操作，节约成本，同时易于扩展，实现多个电子齿轮。

A follow control method based on electronic gear and its system

The invention relates to the field of electrical and electronic technology, in particular to a follow-up control method based on electronic gears and its system. The system comprises an upper computer, a motor controller, an active shaft, an encoder and a driven shaft. The upper computer communicates with the motor controller through a communication interface, the active shaft is connected with the encoder, and the encoder is controlled by the motor. The motor controller includes EEPROM, buffer, electronic gear module and compensation module; the invention can realize off-line following function; by using compensation module, the output electronic gear ratio can be high in accuracy, and the speed and position of the driven shaft can be maintained with the active shaft. The invention can enlarge the application scene of the electronic gear, simplify the operation, save the cost, and is easy to expand and realize multiple electronic gears.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子齿轮的跟随控制方法及其系统
本专利技术专利涉及电工电子
，特别涉及一种基于电子齿轮的跟随控制方法及其系统。
技术介绍
电子齿轮主要用电气控制技术对数字脉冲信号进行分频倍、频操作，通过设置电子齿轮比系数，可以使从动轴的运动机构得到不同的位移量，按设定的电子齿轮比实现坐标轴之间的联动或者运动形式之间的变换(旋转——旋转，旋转——直线，直线——直线)，且可以随时增加电子齿轮的数量，使用灵活方便，齿轮比范围大，传递运动的精度高，可代替传统机械传动机构齿轮，简化机械结构，节约成本。目前，电子齿轮的实现方式主要有硬件实现的模拟式的电子齿轮、软件实现的电子齿轮，以及利用锁相环方式实现的电子齿轮等。公告号为CN105988399A，名称为“多采用现场可编辑逻辑门阵列实现电子齿轮输出的方法”的专利技术专利，提出了利用FPGA处理脉冲形式编码器和非脉冲形式编码器输入信号，实现电子齿轮输出的功能，通过现场可编辑逻辑门阵列能够快速反应、处理及输出上位机所需脉冲信号，可提高硬件资源利用的性能，公告号为CN105553383A，名称为“伺服驱动器超大齿轮比驱动控制方法”的专利技术专利，提出了一种大齿轮比驱动控制方法的专利技术专利，该方法主要是根据设定电子齿轮比和伺服驱动器的脉冲计数值，计算电机位置目标值；然后伺服驱动器根据电机位置目标值及采样周期时间计算的齿轮比脉冲驱动时间进行插补驱动输出。从而解决了现有伺服驱动器超大齿轮比驱动控制过程中转速会不均匀，电机噪音大的问题。上述专利技术专利分别采取两种方法实现电子齿轮，但是两者匀未对电子齿轮进行补偿，会导致电子齿轮比输出精确度受影响；另外，上述两种方法均未提到离线随动功能，即操作时均需上位机，这样会局限电子齿轮的应用范围，还会增加成本和操作复杂度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种基于电子齿轮的跟随控制方法及其系统，所述方法包括：用户利用上位机设置齿轮比、编码器线数和轨迹参数，并通过通信接口下发存于到电机控制器的buffer并转存于带电可擦写可编程读写存储器EEPROM中；当上位机脱机时，电机控制器的buffer从EEPROM中读取数据，编码器根据主动轴的转动向电机控制器输入脉冲信号，电机控制器的电子齿轮模块根据buffer中的数据调整输入脉冲的周期，电机控制器根据调整了周期后的脉冲信号输出脉宽调制(PulseWidthModulation，PWM)信号驱动从动轴；其中，调整输入脉冲的周期的过程，如图1，包括：S1、电子齿轮模块通过buffer调用EEPROM中的齿轮比、编码器线数和轨迹参数，令齿轮比的分子为N0，分母为D；S2、第一定时器根据齿轮比对输入脉冲进行调整得到第一计数值N1；S3、根据编码器输入的脉冲数量和第一计数值N1计算第一计数值的绝对偏差值ΔN，得到第一计数值的修正值N1'；S4、第一定时器根据第一计数值的修正值N1'调整输出脉冲的周期，并输出调整周期后的脉冲。优选的，步骤S2的操作，如图2，包括：S21、检测与主动轴相连编码器的输入脉冲，设置一个脉冲输入计数值P，对输入脉冲个数从零进行累加计数；S22、检测到一个输入脉冲时，打开第一频率f1输出第一定时器，设置一个脉冲输出计数值P1，对输出脉冲个数从零进行累加计数；S23、根据检测到的脉冲，进行方向判别，并进行方向设置；S24、当齿轮比小于1时，根据分频操作得到第一计数值N1；当齿轮比大于1的整数时，根据倍频操作得到第一计数值N1；当齿轮比为大于1的非整数时，根据分频操作和倍频操作得到第一计数值N1。优选的，所述分频操作，如图3，包括：S201、电子齿轮模块调用buffer中的齿轮比，定义第三计数变量N3＝0、第四计数变量N4＝0、第五计数变量N5＝0；S202、当检测到第i个输入脉冲的有效沿时，打开第二定时器，并以第二频率f2从零进行计数；S203、令N5＝N3+N4，N3＝N3+N0；S204、判断N5是否大于等于分子N0，若是则令N3＝0，N4＝N-D，并将N3和N4的值反馈给S203，然后进行步骤S206；否则进行步骤S205；S205、当检测到第i+1个输入脉冲的有效沿时，令i＝i+1并返回步骤S203；S206、当检测到第i+1个输入脉冲的有效沿时，读取第二定时器的第二计数值N2，然后进行步骤S207；S207、根据第二计数值N2得到第一计数值N1；令i＝i+1，返回步骤202。优选的，所述倍频操作，如图4，包括：S211、电子齿轮模块调用buffer中的齿轮比，令i＝1；S212、当检测到第i个输入脉冲的有效沿时，打开第二定时器，并以第二频率f2从零进行计数；S213、当检测到第i+1个输入脉冲的有效沿时，读出第二定时器的第二计数值N2；S214、根据第二计数值N2得到第一计数值N1，第一定时器根据第一计数值N1调整输出脉冲的周期，并输出调整周期后的脉冲；S215、将第二定时器的计数值清零，令i＝i+1并返回步骤S212。优选的，步骤S3的操作，如图5，包括：S31、读取第一计数值N1、脉冲输出计数值P1和输入脉冲计数值P，并通过输入脉冲计数值P计算对应的理想脉冲输出值P0；S32、计算第一计数值的绝对偏差值ΔN；其中，第一计数值的绝对偏差值ΔN表示为：S34、判别P0是否大于等于P1，若是则进行步骤S35，否则进行步骤S36；S35、输出第一计数值的修正值N1'，表示为：N1'＝N1-ΔN，进行步骤S37；S36、输出第一计数值的修正值N1'，表示为：N1'＝N1+ΔN，进行步骤S37。一种基于电子齿轮的跟随控制系统，如图6，包括上位机、电机控制器、主动轴、编码器和从动轴，上位机通过通信接口与电机控制器通信，主动轴与编码器连接，编码器与电机控制器连接，电机控制器与从动轴连接，所述电机控制器包括EEPROM、buffer、电子齿轮模块和补偿模块，电子齿轮模块包括依次连接的输入脉冲处理电路、第一定时器、第二定时器和数字控制频率发生器，其中：编码器，用于根据主动轴的转动周期向电机控制器输入脉冲；buffer，用于寄存上位机下发的数据并转存于EEPROM中；当上位机脱机时，读取EEPROM中的数据并将数据传送至电机控制器；电子齿轮模块，用于根据编码器输入的脉冲和齿轮比进行分频操作和倍频操作，输出新的周期的脉冲。本专利技术中的基于电子齿轮的跟随控制方法，通过调用齿轮模块中的分频和倍频模块，可以实现任意齿轮比，通过将配置参数存于控制器EEPROM，可以实现离线跟随功能，通过利用补偿模块，可以使输出电子齿轮比精确度高，实现从动轴的速度和位置与主动轴保持精确的比例关系，且跟随的从动轴运行平稳，定位准确，噪音小，本专利技术可以扩大电子齿轮的应用场景，简化操作，节约成本，同时易于扩展，实现多个电子齿轮。附图说明图1为本专利技术基于电子齿轮的跟随控制方法流程图；图2为本专利技术电子齿轮随动控制过程中第一计数值计算流程图；图3为本专利技术的分频操作流程图；图4为本专利技术的倍频操作流程图；图5为本专利技术的补偿操作流程图；图6为本专利技术的基于电子齿轮的跟随控制系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电子齿轮的跟随控制方法，其特征在于，包括：用户利用上位机设置齿轮比、编码器线数和轨迹参数，并通过通信接口下发到电机控制器的buffer并转存于带电可擦写可编程读写存储器EEPROM中；当上位机脱机时，电机控制器的buffer从EEPROM中读取数据，编码器根据主动轴的转动向电机控制器输入脉冲信号，电机控制器的电子齿轮模块根据buffer中的数据调整输入脉冲的周期，电机控制器根据调整了输入脉冲周期后的脉冲信号输出脉宽调制PWM信号驱动从动轴；其中，调整输入脉冲的周期的过程包括：S1、电机控制器通过buffer调用EEPROM中的齿轮比、编码器线数和轨迹参数，令齿轮比的分子为N0，分母为D；S2、第一定时器根据齿轮比对输入脉冲进行调整得到第一计数值N1；S3、根据编码器输入的脉冲数量和第一计数值N1计算第一计数值的绝对偏差值ΔN，得到第一计数值的修正值N1'；S4、第一定时器根据第一计数值的修正值N1'调整输出脉冲的周期，并输出调整周期后的脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于电子齿轮的跟随控制方法，其特征在于，包括：用户利用上位机设置齿轮比、编码器线数和轨迹参数，并通过通信接口下发到电机控制器的buffer并转存于带电可擦写可编程读写存储器EEPROM中；当上位机脱机时，电机控制器的buffer从EEPROM中读取数据，编码器根据主动轴的转动向电机控制器输入脉冲信号，电机控制器的电子齿轮模块根据buffer中的数据调整输入脉冲的周期，电机控制器根据调整了输入脉冲周期后的脉冲信号输出脉宽调制PWM信号驱动从动轴；其中，调整输入脉冲的周期的过程包括：S1、电机控制器通过buffer调用EEPROM中的齿轮比、编码器线数和轨迹参数，令齿轮比的分子为N0，分母为D；S2、第一定时器根据齿轮比对输入脉冲进行调整得到第一计数值N1；S3、根据编码器输入的脉冲数量和第一计数值N1计算第一计数值的绝对偏差值ΔN，得到第一计数值的修正值N1'；S4、第一定时器根据第一计数值的修正值N1'调整输出脉冲的周期，并输出调整周期后的脉冲。2.根据权利要求1所述的一种基于电子齿轮的跟随控制方法，其特征在于，步骤S2的操作包括：S21、检测与主动轴相连编码器的输入脉冲，设置一个脉冲输入计数值P，对输入脉冲个数从零进行累加计数；S22、检测到一个输入脉冲时，打开第一频率f1输出第一定时器，设置一个脉冲输出计数值P1，对编码器输出脉冲个数从零进行累加计数；S23、根据检测到的脉冲，进行方向判别和方向设置；S24、当齿轮比小于1时，根据分频操作得到第一计数值N1；当齿轮比大于1的整数时，根据倍频操作得到第一计数值N1；当齿轮比为大于1的非整数时，根据分频操作和倍频操作得到第一计数值N1。3.根据权利要求2所述的一种基于电子齿轮的跟随控制方法，其特征在于，所述分频操作包括：S201、电子齿轮模块调用buffer中的齿轮比，定义第三计数变量N3＝0、第四计数变量N4＝0、第五计数变量N5＝0；S202、当检测到第i个输入脉冲的有效沿时，打开第二定时器，第二计数值N2以第二频率f2从零进行计数；S203、令N5＝N3+N4，N3＝N3+N0；S204、判断N5是否大于等于分子N0，若是则令N3＝0，N4＝N-D，并将N3和N4的值反馈给S203，然后进行步骤S206；否则进行步骤S205；S205、当检测到第i+1个输入脉冲的有效沿时，令i＝i+1并返回步骤S203；S206、当检测到第i+1个输入脉冲的有效沿时，读取第二定时器的第二计数值N2，然后进行步骤S207；S207、根据第二计数值N2得到第一计数值N1；令i＝i+1，返回步骤202。4.根据权利要求2所述的一种基于电子齿轮的跟随控制方法，其特征在于，所述倍频操作包括：S211、电子齿轮模块调用buffer中的齿轮比，令i＝1；S212、当检测到第i个输入脉冲的有效沿时，打开第二定时器，并以第二频率f2从零进行计数；S213、当检测到第i+1个输入脉冲的有效沿时，读出第二定时器的第二计数值N2；S214、根据第二计数值N2得到第一计数值N1，第一定时器根据第一计数值N1调整输出脉冲的周期，并输出调整周期后的脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪莲，刘荣，石佳伟，
申请(专利权)人：重庆谱思机器人控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50